样条类型对汽车用PP高速拉伸测试的影响

宋翠翠 庞承焕 吴博 罗明

(金发科技股份有限公司产品研发中心，塑料改性与加工国家工程实验室，广东 广州，510663)

分析测试

样条类型对汽车用PP高速拉伸测试的影响

宋翠翠 庞承焕 吴博 罗明

(金发科技股份有限公司产品研发中心，塑料改性与加工国家工程实验室，广东 广州，510663)

在应变速率为100.00,10.00,1.00,0.10,0.01 s-1时对1A,1BA,S3A样条进行拉伸测试，从阻尼比、载荷震荡幅度、载荷最大值、载荷加载速度、断裂伸长率等考察在不同应变速率下样条类型对汽车用聚丙烯(PP)拉伸测试的影响。结果表明，采用1BA样条测试时，系统阻尼比较大，载荷震荡幅度小，载荷加载速度快，且断裂伸长率随着应变速率增加降低。在进行拉伸测试尤其是高速拉伸测试时，首选1BA样条。

聚丙烯 汽车 高速拉伸测试 样条类型 载荷 阻尼比

聚丙烯(PP)适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。近年来，越来越多汽车制造商选择PP作为汽车保险杠、防擦饰条、门内柱及车门护板等汽车部件。在汽车进行结构设计、选材过程中，需要对汽车碰撞过程进行模拟，而车用材料在不同应变速率下的应力-应变曲线是汽车碰撞模拟成功的关键。材料在高应变速率下的应力-应变曲线常由高速拉伸试验机测得，而目前高速拉伸测试面临很多问题，如载荷震荡严重、惯性力影响、系统阻尼比(ζ)较小等。这些因素都严重影响高速拉伸测试的准确性。而解决这些问题的方法之一是选择合适类型的样条。目前国际上关于高速拉伸测试的样条的类型并没有统一，也没有相关资料进行研究。现选取3种不同类型的样条，研究样条的类型对汽车用PP在不同应变速率下测试结果的影响。

1 试验部分

1.1 原料和试验设备与样条类型

PP，GOD040，茂名市创联科技发展有限公司。

高速拉伸试验机，HTM2512，德国Zwick公司。

设备参数：拉伸速度0.01～12.00 m/s，最大载荷25 kN，可测试温度-100～250 ℃。

应变测量方式：横梁位移或非接触式引伸计。

样条类型：GB 1040—2006 1A样条、1BA样条、S3A样条。

1.2 不同应变速率下的应力-应变测试

通常材料在0.01，0.10，1.00，10.00，100.00 s-1下的应力-应变曲线是计算机辅助工程(CAE)模拟分析所必需的。然而制备成不同类型样条的材料在不同应变速率下反应的力学行为是不同的。针对这种情况，选取1BA，1A，S3A样条进行在0.01，0.10，1.00，10.00，100.00 s-1的应变速率进行试验，研究不同样条类型PP样条在不同应变速率下动态力学行为。测试曲线如图1～3所示。

由图1～3可以看出，虽然测试的是同一种PP，但由于采用了不同类型的样条测试，使得应力-应变曲线相差很大。本试验将详细从ζ、载荷震荡幅度、载荷加载速度以及断裂伸长率分布来分析样条类型对车用PP拉伸测试的影响。

2 分析与讨论

2.1 样条类型对高速拉伸测试系统ζ的影响

HTM2512型高速拉伸试验机实质上是一个阻尼系统，传感器对阶跃信号的响应在很大程度上取决于ζ和固有频率。固有频率由传感器主要结构参数所决定，固有频率越高，传感器的响应越快。当传感器的固有频率为常数时，传感器的响应取决于ζ。ζ直接影响超调量和振荡次数。当ζ为0时，为临界阻尼，超调量为 100%，产生等幅振荡，达不到稳态；当ζ大于1时，为过阻尼，无超调也无振荡，但达到稳态所需时间较长；当ζ小于1时，为欠阻尼，衰减振荡，达到稳态值所需时间随ζ的减小而加长[1]。实际使用中常按稍欠阻尼调整，ζ在0～0.7，ζ越大，调节时间越短，在高速拉伸测试中，收敛速度越快，达到稳态时间越短，同时避免力的震荡。本试验采用3种样条——1A，1BA，S3A样条进行测试，计算出HTM2512型高速拉伸测试仪测试3种样条时的ζ，结果1A，1BA，S3A样条ζ(ζ1A，ζ1BA，ζS3A)分别为0.04,0.06,0.03。

可见，采用1A，1BA，S3A样条进行测试时，发现ζS3A小于ζ1A，ζ1A小于ζ1BA, 当采用1BA样条进行测试时，系统ζ最大，在高速拉伸测试中载荷收敛较快，达到稳态时间越短，可以很大程度上避免力的震荡，测试效果最佳。

2.2 样条类型对载荷的影响

2.2.1 样条类型对载荷震荡的影响

在进行高速拉伸测试时，载荷的数据震荡现象是中高应变率试验普遍存在的问题，因为载荷震荡，无法确定最大载荷，也无法准确描述在拉伸过程中载荷的变化情况，进而影响汽车结构的优化设计及选材。载荷震荡的影响因素之一便是不合适的试件尺寸，当采用1A，1BA，S3A样条进行高速拉伸测试时，对其载荷震荡幅度进行评估，结果如表1所示。

由表1可见，无论采用哪种样条进行测试，载荷震荡的现象都是存在的。采用1BA样条进行测试时，载荷震荡幅度最小，1A样条次之，采用S3A样条测试时载荷震荡幅度最大。当采用S3A样条进行应变速率为100.00 s-1的测试时，载荷震荡幅度可达552.31 N，且整个测试过程中，载荷震荡明显。图4为采用S3A样条应变速率为100.00 s-1时载荷随时间的变化曲线。由图4可见，因为其载荷震荡过大，导致测试时很难判定样条断裂点，进而影响对样品高速下拉伸性能的评估。

2.2.2 样条类型对最大载荷的影响

最大载荷可以反映出材料在特定情况下吸收能量的大小，从而间接反映材料在撞击过程中吸收能量的能力，为选材提供重要的参数。将 1A,1BA,S3A样条进行高速拉伸测试，对其最大载荷进行评估，结果如表2所示。

由表2可以看出，采用不同样条测试出的Fmax是不同的。设高速拉伸测试仪的精度等级为p，则其绝对误差为p·Fnom(Fnom为高速拉伸试验机的最大量程)。测量的绝对误差与被测量值真实值之比称为相对误差(△X)[1]。△X越小，测量结果相对越准确。采用1A,1BA,S3A样条进行应变速率为100.00,10.00，1.00，0.10，0.01 s-1测试时，相对误差为p·Fnom/Fmax。当高速拉伸试验机的量程以及精度等级都确定后，p·Fnom值也是确定的，影响系统相对误差大小的因子为Fmax，Fmax越大，相对误差越小。根据表2可知，HTM2512型高速拉伸试验机测试1A样条时，相对误差最小，测试效果最佳。

2.3 样条类型对载荷加载速度的影响

载荷加载的速度可以影响测试的结果。如钢材样品的测试，载荷加载过快会导致弹性段数据的丢失。但在汽车用材料的高速拉伸测试中，因为要用CAE软件模拟汽车的撞击行为，汽车撞击则是在瞬间受到很大的力，因此测试时载荷加载越快越好。载荷加载的快慢可以用拉伸测试所得曲线中屈服前的近直线段的斜率来表示，斜率越大，载荷加载越快。经过计算，1A，1BA，S3A样条的高速拉伸测试所得应力-应变曲线中(图1、图2、图3)屈服前近直线段的斜率相应为718.00,3 910.00,1 262.22。

采用1BA样条测试时，载荷加载速度最快，S3A样条次之。因此，当采用HTM2512型高速拉伸试验机进行车用PP的高速拉伸测试时，优选1BA样条。

2.4 样条类型对断裂伸长率测试的影响

断裂伸长率一直是拉伸测试关注的焦点，它可以评价材料的力学性能、反应材料的韧性。采用1A，1BA，S3A样条进行应变速率为100.00，10.00，1.00，0.10，0.01 s-1的拉伸测试，得出断裂伸长率如表3所示。

PP是应变敏感性材料，即断裂伸长率随着应变速率的增加而降低。采用1A样条与1BA样条测试时，得出的应变速率与断裂伸长率的关系与此规律相符。而采用S3A样条测试时得出的应变速率与断裂伸长率的关系是无规律的。所以，从测试断裂伸长率角度出发，当采用HTM2512型高速拉伸试验机测试时，优选1A与1BA样条。

3 结论

当采用HTM2512型高速拉伸试验机进行车用PP测试时：a) 1BA样条测试效果相对较好，建议在条件允许的情况下，尽量不选择S3A样条进行高速拉伸测试；b) 3种试样载何震荡效果上都存在缺点，高速拉伸的试样规格需要进一步优化；c) 虽然测试的是同一种材料，但是只是改变了样条的形式，3种样条测试得出的屈服应力有很大差异，其原因则有待进一步探索。

[1] 周春花. 万用表量程选择与误差分析[J]. 中国科技博览，2011，(33):439.

可提高聚烯烃性能的离子聚合物添加剂

据“Additives for Polymers,2015,(4):1”报道，全球功能性添加剂制造商Total Cray Valley开发出了一种新的添加剂，可以提高聚烯烃的性能如拉伸强度、热变形温度(HDT)和弯曲模量。该离子聚合物的添加剂作为Cray Valley dymalink系列的一部分，是在美国得克萨斯州举行2015种国际聚烯烃会议上展出并由该公司的全球业务发展经理Anthony marozsan以题为“提高聚烯烃的性能的离子添加剂”来发布的。

(由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院

杜雪娟供稿)

应用范围广的清机料

据“www.ptonline.com”报道，纽约州Depew舒曼塑料Dyna-Purge Div.推出了有突破技术的清机料Dyna-Purge D2。据报道，用创新洗涤配方制备的Dyna-Purge D2有较宽的加工温度范围。

Dyna-Purge Div.副总裁蒂姆·卡特勒报告指出：一项独立研究表明，Dyna-PurgeD2与机械式(研磨)清机料和化学清机料相比，清理废料快，减少停机时间，这样可以节省时间和金钱，它降低清洗成本和废品率，不需要任何处理直接混合使用；机械、非研磨性的清机料Dyna-PurgeD2采用了“三动”技术，彻底清洁和去除螺杆、机筒以及模具或模头中的废料；在350～625 F(319.8～594.8 ℃)，它能有效清除所有树脂。随着Dyna-PurgeD2的推出，加工者可以在2种特殊优惠中选择其中一种优惠：免费使用10磅(约4.546 kg)清机料Dyna-PurgeD2的样品；或购买1箱重55磅(24.947 56 kg)清机料Dyna-PurgeD2，以确保用户觉得它性能比当前市场上清机料好，如果用户不满意将全额退还1箱Dyna-PurgeD2的费用。

耐热和热传导好的尼龙

据“www.ptonline.com”报道，2014年10月在德国Fakuma展会展出了帝斯曼工程塑料(在美国密歇根州伯明翰)开发出的新型专用牌号尼龙。帝斯曼工程塑料推出下一代暗黑色耐热的Stanyl尼龙46和Akulon尼龙6。这些新牌号尼龙是针对汽车发动机罩下面部件开发的，如进气歧管、管道和增压空气冷却器，那里的温度高达250 ℃。 帝斯曼工程塑料还展示了用热传导好的Stanyl TC尼龙46制备的LED(发光二级管)照明散热片。

(以上由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院

严淑芬供稿)

广 告 信 息

封2 中国石化扬子石化南京研究院塑料专用料新品(彩色)

封3 《现代塑料加工应用》宣传页(彩色)

广01 山西省化工研究所(有限公司)塑料助剂(黑白)

广02 征稿简则(黑白)

Effects of Specimen Type on High Speed Tensile Test of PP for Automobile

Song Cuicui Pang Chenghuan Wu Bo Luo Ming

(Research and Development Center，Kingfa Science and Technology Co., Ltd., National Engineering Laboratory for Plastic Modification and Processing, Guangzhou,Gudong,510663)

Specimen 1A, 1BA, S3A were selected to test under the strain rates of 100.00,10.00, 1.00,0.10, and 0.01 s-1,respectively. At different strain rates, the effects of specimen types on the tensile test of PP for automobile such as damping ratio,load volatility,maximum load, load loading speed, elongation at break were investigated. The result shows that the darmping ratio of system is big,and load volatility is small,and load loading speed is fast,and the elongation at break decreases with strain rates increasing as using 1BA specimen.So, the specimen of 1BA is perferred during tensile test, especially at high speed tensile test.

poplypropylene; automobile; high speed tensile test；specimen type；load；damping ratio

2014-06-11;修改稿收到日期:2015-03-15。

宋翠翠，大连理工大学硕士，现为研发测试工程师。E-mial:songcuicui@kingfa.com。