尼龙材料在不同应变率及温度下的力学特性【文献综述】

毕业论文文献综述

工程力学

尼龙材料在不同应变率及温度下的力学特性

1 文献检索范围

1.中文科技期刊全文库(维普) 1989-2010.10

2.中国学位论文全文数据库(万方) 1980-2010.10

3.中国学位论文文摘数据库(万方) 1980-2010.10

4.中国学术会议论文全文数据库(万方) 1985-2010.10

5.中国学术会议论文文摘数据库(万方) 1985-2010.10

6.中国科技成果数据库(万方) 1983-2010.10

7.数字化期刊全文数据库(万方) 1998-2010.10

8.中国期刊网全文数据库(同方) 1983-2010.10

2 课题的研究历史与研究现状

聚酰胺（PA，俗称尼龙），是五大工程塑料中消费量最大、品种最多、资格最老的一种。PA具有良好的综合性能，比强度高于金属，具有良好的机械性能、耐热性、耐磨损性、耐化学性、阻燃性及自润滑性，而且容易加工，摩擦系数低，也适宜于玻璃纤维及其他材料填充增强改性。广泛应用于汽车、电子电器、包装、机械、运动休闲及日用品等方面。聚酰胺纤维由于聚酯等纤维的竞争而增长放慢，但作为工程塑料非纤维用途的拓展，聚酰胺工业仍呈现出良好的发展前景。

聚酰胺的品种主要有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙11、尼龙12五大品种，此外，还有尼龙1010、尼龙4、尼龙8、尼龙9、尼龙810、MC尼龙、聚芳酰胺及各种共聚改性尼龙。其中，尼龙6和尼龙66的用量最大，约占聚酰胺总消费量的90%。

尼龙6的最大消费市场是汽车，也有部分尼龙6用于包装薄膜的生产，玻璃纤维增强尼龙还可用于生产液体贮存器；尼龙66也主要用于汽车工业，广泛用于散热器、引擎等部件的生产；尼龙12和尼龙11因吸水性低，粘结性能好，多用于汽车软管和热熔胶的生产。在美国，聚酰胺生产主要以尼龙66为主，约占53%，其次是尼龙6，为33%，尼龙11和尼龙12共占14%。近年来发展最快的是尼龙薄膜，现在用量已占聚酰胺总产量的15%。欧洲聚酰胺生产集中在德国，主要应用领域是汽车制造业。日本的聚酰胺生

产以尼龙6为主，占其聚酰胺总产量的54%左右。美国聚酰胺最大的用户是汽车工业，其他包括电子电器、薄膜、机械，另外还有单丝、电线电缆、导管和软管等。

尼龙6的聚合过程近年来工艺变化不大，仍然是将己内酰胺与水通过开环、加聚、缩聚反应制成。目前，国外尼龙6和尼龙66均采用连续聚合方法生产。在新产品开发方面，日本三菱化学公司开发了高刚性半芳香族尼龙树脂，它由间苯二甲胺和己二酸反应制成。日本还研制出尼龙9T，可耐290℃高温，由对苯二甲酸和壬二胺聚合而成，在电子工业中可作为聚苯硫醚（PPS）的替代物，具有吸水性低、耐化学腐蚀、耐磨性好等特点。尼龙纳米复合材料已实现商业化，具有很高的拉伸模量、拉伸强度和热变温度。采用Nanocor纳米粘土加工而成的尼龙6纳米复合材料制成流延膜，透氧率比普通尼龙少50%。尼龙6的纳米复合材料的纳米添加量只需3%~5%，就可将热变温度提高53%。

利用材料试验机和霍普金森压杆动态力学实验装置可以刻画尼龙材料在高应变率、高温度下的应力应变曲线，从而可以研究应变率对尼龙材料本构行为的影响。

聚合物材料的性质不仅与温度有关，还与外力作用的频率和时间有关。外力作用频率增加相当于降低温度或减少作用力的时间，使材料刚性提高；相反，频率降低与升高温度或者延长作用力时间具有相同效果，使材料刚性降低。所以，研究材料性能随频率的变化十分必要。

3 课题的发展动向和趋势

目前，对尼龙材料的力学性能研究主要集中在材料的宏观力学性能上，很少涉及到材料的微观性能关于尼龙材料纳米力学性能的报道非常少，而且在研究时往往采用静态载荷，其动态纳米力学性能的研究还未见报道。未来的研究将围绕尼龙材料的纳米硬度和动态纳米力学测试展开，研究塑性体材料在小载荷作用下的纳米尺度效应和动态载荷下的纳米性能。

纳米复合材料可以显著增加基体材料的某些性能,为了研究其在不同应变率下的力学特性和纳米颗粒的改性效果,可以利用拉伸式霍普金森拉杆实验装置对纳米尼龙复合材料进行动态力学实验,以讨论应变率效应和纳米颗粒含量对基体的影响和纳米材料的增强机理。

最近几年的研究发现，奇数尼龙具有特别优良的介电性能和压电性能，在高温下尼龙的压电常数比目前最好的压电高聚物聚偏二氟乙烯的相应值高2倍。因此，对奇数尼龙的研究又重新引起了国内外的普遍重视。尼龙11作为一种新型的压电高聚物，其点穴性能与力学性能密切相关，然而设计这方面的研究工作至今仍然很少，研究结果也

有很大差异，因此，用动态力学方法来研究尼龙11中的分子运动机理成为未来研究的重要课题。

参考文献

[1] S.NEMAT-NASSER and J.B.ISAACS. DIRECT MEASUREMENT OF ISOTHRMAL

FLOW STRESS OF MATALS AT ELEV ATED TEMPERATURES AND HIGH STRAIN RATES WITH APPLICATION TO TA AND TA-W ALLOYS.CA 92093-4016,USA. [2] W.CHEN,F.Lu,D.J.Frew,M.J.Forrestal. DYNAMIC COMPRESSION TESTING OF

SOFT MATERIALS. [DOI:10.1115\1.1464871]

[3] O.S.Lee,M.S.Kim.DYNAMIC MATERIAL ROPERTY CHARACTERIZATION BY

USING SPLIT HOPKINSON PRESSURE BAR TECHNIQUE. Received 22 November 2001; received in revised form 3 April 2003; accepted 24 June 2003.

[4] E. W. BILLINGTON and C. BRISSENDEN. Dynamic stress-straincurves for various

plastics and fibre-reinforced plastics. Received 7th September 1970, in revised form 1st October 1970.

[5] L.L. WANG_, S.Q. SHI, J.Y. CHEN, D.J. HUANG and L.J. SHEN.INFLUENCES OF

STRAIN-RATE AND STRESS-STATE ONDYNAMIC RESPONSE OF CEMENT MORTAR.Received 28 January 2003.Accepted 5 May 2003.

[6] 王礼立，杨黎明，《冲击动力学进展》，王礼立，余同希，李永池编，中国科技大学

出版社，合肥(1992)，88-116.

[7] 谢桂兰，张平，龚曙光，曹尉南，安小军，高分子材料科学与工程，21 (2005): 23-27.

[8] 苏碧军，王启智. Hopkinson 压杆对准脆性材料的动态力学实验研究[A]. 岩土力

学,2003,24增刊：1－5.

[9] Hedicke K., Wittich H., Mehler C., Gruber F. and Altstädt V., Composites Science and

Technology, 66 (2006): 571-575.

[10] Sheng N., Boyce M. C., Parks D. M., Rutledge G. C., Abes J. I. and Cohen R. E.,

Polymer,45 (2004) 487-506.