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1、尼龙6及其共混体系的二次屈服行为尼龙6及其共混体系的二次屈服行为*单桂芳杨伟李忠明谢邦互杨鸣波四川大学高分子科学与工程学院,高分子材料工程国家重点实验室,成都610065关键词:尼龙6二次屈服结晶度应力-应变1研究工作目的聚合物的二次屈服现象与体系的相态结构、凝聚态结构及其拉伸变形过程中[1-4]的演化密切相关。为了更进一步了解凝聚态结构及其拉伸变形过程中的演化对多相体系屈服特性和变形行为的影响,本文研究了应变速率、退火处理、异相成核以及分子量及其分布对PA6二次屈服特性的影响。2实验部分2.1原材料
2、与试样制备PA6,广州新会美达-DSM尼龙切片有限公司M52800(PA6)、湖南岳阳东1源工程塑料有限公司YG1000(PA6)。玻璃微珠(GB)由四川宜宾天行健微珠2纳米材料有限公司提供,粒径0.71?m。聚烯烃弹性体(POE)为杜邦公司8411,辛烯含量20%。PA6在80℃~100℃下干燥8h以上后,与GB、POE等按设定配比在双螺杆混炼挤出机中熔融共混、挤出造粒,然后在注射机上注射成型制样。2.2测试和表征拉伸测试:采用哑铃形样条室温下按ASTMD638在INSTRON拉伸试验机上按设定速度
3、测试,速度分别设为5,10,20,50,100,200mm/min。DSC测试:取约5~10mg试样,N保护下,采用示差扫描量热仪以10℃/min2的升温速率在20-250℃范围内进行扫描,标定物为铟。3结果和讨论3.1拉伸速度的影响图1为PA6的应力-应变曲线,不论是名义应力-应变曲线还是真实应力-应1变曲线都出现了两个明显的屈服点Ⅰ和Ⅱ。试样在应变大约为5%时出现第一个屈服点后,出现一个应力平台,然后在应变为25%左右出现又一次显著的应力降。细颈现象在第二次屈服时发生。图2为不同拉伸速度下PA6的
4、应力-应变曲线,1可见随着拉伸速度提高,第一次屈服的应力平台逐渐弱化,即速度越快,屈服应力越大,而二次屈服现象越不明显。这是由于高聚物材料是粘弹性材料,其破坏过程是一种松弛过程。当拉伸速度提高时,链段运动跟不上外力的作用,为使材料屈服,需要更大的外力,即材料的屈服强度提高了。进一步提高拉伸速度,材*基金项目:教育部博士点基金20020610006;*通讯联系人80706Ⅰ70560Ⅱ24326050115040401nominalstress-strain302truestress-strain1-5
5、mm/min302-10mm/min203-20mm/min204-50mm/min105-100mm/min106-200mm/min000102030405001020304050strain%strian%Fig2.DoubleyieldingbehaviorofPA6inaFig1.Thestress-straincurvesofPA6(the11widerangeoftensilevelocitytensilevelocity=5mm/min)[5]料终将在更高的应力下发生脆性断裂。3.2共
6、混、复合体系的二次屈服行为图3和图4分别是添加玻璃微珠和弹性体的PA6共混体系应力-应变曲线。1可以看出:随着玻珠添加含量的增加,二次屈服现象有所减弱,而屈服应力和模量值均随添加量的增长而上升。相反,随着POE添加含量的增加,二次屈服现象更加明显。结果表明:PA6及其共混体系的二次屈服与材料的力学性能紧密相关,材料越韧,二次屈服行为相对越明显。当然,材料的韧性也有一定的范围。软而韧或软而弱的材料根本不存在屈服行为。607033226050150140440541PA6302PA6+1GB303PA6+
7、3GB204PA6+5GB1-PA6202-PA6+5%POE3-PA6+10%POE10104-PA6+15%POE5-PA6+20%POE00010203040010203040strain%strain%Fig3.Thestress-straincurvesofPA6filled1Fig4.Thestress-straincurvesofPA6filled1withGB(v=20mm/min)withPOE(v=20mm/min)3.3热处理的影响相关研究表明:影响二次屈服的因素很多,包括相态结
8、构、凝聚态结构及影[1-4]响因素如结晶度,片晶厚度,晶体的完善程度等。本研究对纯PA6试样分别1进行不同时间和不同温度的退火处理。图5和图6是不同热处理条件下的拉伸应力-应变曲线,可见试样经过退火处理后,应力-应变曲线的明显变化就是第一屈服点后由热处理前的应变软化变成热处理后的应变硬化。其次,随着退火时间的增加和退火温度的提高,PA6的二次屈服现象更加明显。当退火温度为205℃时,1材料的结晶度过高(DSC测试结果为42.03%),材料由韧性断裂行为变
