汽车碰撞假人皮肤的制备及其力学性能测试分析

汽车碰撞假人皮肤的制备及其力学性能测试分析随着现代制造业的高速发展,我国汽车制造技术正朝着多样化、高科技、现代化方向发展。

建设交通强国是实现社会主义现代化强国目标的重要支撑,是满足人民日益增长的美好生活需要的必然要求,是增强发展后劲的必由之路。

对汽车车况的模拟、测试、试验会更加全面和系统,汽车碰撞试验所使用的假人仿真技术也将更加先进。

作为第一道碰撞屏障,假人皮肤是汽车碰撞试验中直接与外界接触并产生作用的部位,它的材料特性对于假人在整个碰撞过程的生物力学响应有着很大的影响。

所设计的假人皮肤既要保证将外部的冲击、加速度等相关信号准确地传入内部传感器,又要确保一定的使用频次。

因此选择用于制备假人皮肤的原材料应具有一定的柔韧性,同时也应该具有优良的成型性能,方便后续制成多种符合人体
结构的形状,并且在安装时方便连接。

本文通过多次尝试和筛选,最终选用线性低密度聚乙烯和通用型聚氯乙烯作为两大基础材料,选用热塑性聚氨酯作为混合材料。

设定0%、20%、40%、60%、80%五个共混比例,均进行预处理。

线性低密度聚乙烯与热塑性聚氨酯进行物理共混温度为180℃-190℃;聚氯
乙烯与热塑性聚氨酯进行物理共混,温度为170℃-180℃。

以50rad/min的转速
混炼10min左右,取下半成品,于平板硫化机上压制成厚度分别为2mm和4mm的均匀薄片状皮肤试样。

然后对上述100%LLDPE、80%LLDPE+20%TPU、60%LLDPE+40%TPU、
40%LLDPE+60%TPU、20%LLDPE+80%TPU和100%PVC、80%PVC+20%TPU、60%PVC+40%TPU、40%PVC+60%TPU、20%PVC+80%TPU共十组皮肤样品进行拉伸、冲击强度及邵氏硬
度的测试。

通过大范围配比的试样制备和基本力学性能测试,可以看出线性低密度聚乙烯与热塑性聚氨酯共混组样品硬而韧,有明显的屈服和塑性变形,随热塑性聚氨酯含量增加屈服应力有所下降,冲击强度虽然呈下降趋势但变形量明显提升。

聚氯乙烯与热塑性聚氨酯共混组样品软且弹,没有明显的屈服和塑性形变。

20%LLDPE+80%TPU试样延伸率最高,达到277.79%。

60%PVC+40%TPU试样延伸率最低,为148.94%。

结合硬度测试结果,发现聚氯乙烯与热塑性聚氨酯共混组成型性更优,线性低密度聚乙烯与热塑性聚氨酯共混组强度更高。

利用所得数据对样品的冲击性能及硬度指标与原材料配方之间的关系进行回归分析,可以看出100%LLDPE、80%LLDPE+20%TPU、60%LLDPE+40%TPU、
40%LLDPE+60%TPU、20%LLDPE+80%TPU五组假人皮肤试样的冲击强度、硬度指标与原材料配比大体上符合负相关关系,一次线性回归拟合方程可以进行性能预测和原材料配比反求。

100%PVC、80%PVC+20%TPU、60%PVC+40%TPU、40%PVC+60%TPU、20%PVC+80%TPU五组假人皮肤试样的冲击强度、硬度与原材料配比大体上符合抛物线关系。

随着热塑性聚氨酯的加入,冲击强度先下降至最低点又有所回升,二次回归拟合方程可以进行性能预测和原材料配比反求。

通过对原材料配比和力学性能的大范围回归分析,并根据所需性能对样品配方进行预测和设计,能够满足不同类型碰撞试验对假人外附皮肤的性能要求。

通过拟合规律,可进行材料共混比例反求,期待能为后续实验提供参考。