纳米增强型塑料中弯曲强度 最大挠度检测方案(万能试验机)

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LAAN-A-AG-E025 Application No.i265News400-650-0439 材料试验 AGS-X 纳米增强型纤维塑料的三点弯曲试验 摘要：发泡塑料是轻质的，具有优异的隔热和减震性能的材料。本试验通过使用岛津AGS-X电子万能试验机测定其三点弯曲性能，采用符合 JIS K 7171标准的挠度测量装置和试验速度，该标准通常用于塑料的强度评定，并比较了有无纤维素和是否为发泡塑料的弯曲强度的差异。 关键词：塑料4三点弯曲试验 发泡塑料是轻质的，具有优异的隔热和减震性能，其原因是因为材料内部含有许多空隙；另一方面，由于单位体积的塑料体积较小，发泡塑料的强度低于非发泡塑料。纤维或其他增强材料的添加是增强其强度的有效技术，而泡沫则有轻质和隔热的性能。虽然玻璃纤维和碳纤维常被用作增强材料，但近年来利用纤维素纳米纤维(以下简称CNF)作为植物源性高性能新材料的研究和开发取得了进展。纤维素主要由植物细胞壁和棉花等物质组成，是地球上最常见的碳水化合物，长期以来一直被用作造纸和棉纤维的原料。近年来，通过将纤维素热分解到纳米级来实现更高功 实验部分 1.1仪器 AGS-X三点弯曲夹具度计 SMX100CT 1.2分析条件 样品名称：塑料弯曲样品 样品数量：3组 样品尺尺：50mm×10 mm ×4mm 试验温度：室温 试验类型：三点弯曲试验 试验速度：1mm/min→20 mm/min 传感器容量：1kN 夹具：三点弯夹具(R5) 试验介绍 2.1样品介绍 研究中测试的 CNF 增强塑料是高密度聚乙烯(以下简称HDPE)。试样*1是通过向 HDPE 中添加5%CNF作为基体塑料制备的。为了研究内部条件的差异，在试验前用 SMX100CT微焦点×射线 CT系统对标本进行内部观察。图1显示了样本的 CT图像，其中空洞显示为黑色区域。不含 CNF的非发泡塑料(①)与非发泡 CNF增强塑料(②)，外观上无显著差异。CT扫描结果表明，与未加 CNF的塑料相比， CNF增强塑料(④)具有更细更均匀分布的孔洞。因此，认为 CNF有阻碍气孔的生长和合并的可能。 能的 CNF 引起了人们的关注。 CNF 作为一种植物源性材料，对环境影响小，并且具有多种理想的性能，包括低线性膨胀、‘气体阻隔性和透明性。与铁基材料相比， CNF 重量仅为钢的1/5，但比强度高，比钢强5倍，可以实现 CNF与塑料、橡胶的复合，达到或优于传统材料的强度。因此， CNF 作为继碳纤维之后的一种新型材料引起了人们的兴趣。 本文介绍了一种三点弯曲试验，采用符合 JIS K 7171 标准的挠度测量装置和试验速度，该标准通常用于塑料的强度评定，并比较了有无 CNF 和是否为发泡塑料的弯曲强度差异。 图1.CT图像 2.2试验过程 本试验测试弯曲弹性模量时使用 1mm/min试验速率，测量弯曲弹性模量后，改变试验速度至20mm/min，以有效地测量弯曲强度。为了精确测量试样的挠度，在位移测量中使用挠度计进行试验。 图2.试验过程 试验结果 图3.试验结果曲线 样品项目 弯曲弹性模量 弯曲强度 最大挠度 一 (GPa) (MPa) (%) ①HDPE 1.29 55.2 0.7 ②HDPE +CNF5% 1.56 61.8 0.2 ③ HDPE (Foam) 0.87 32.7 4.0 ④HDPE + CNF 5 % (Foam) 1.29 42.5 0.2 图3为试验结果曲线，表1为试验所得数据。CNF增强塑料(②，④)在达到最大强度后，试验力急剧下降，出现脆性断裂。非 CNF 增强塑料(①、③)表现出韧性，试验力逐渐减小。表2总结了所有试样的试验结果。弯曲应变斜率为0.05%~0.25%时计算出弯曲弹性模量。比较非CNF-HDPE(①、③)和CNF增强塑料(②、④)的弯曲弹性模量和弯曲强度， CNF 增强塑料的弯曲弹性模量和弯曲强度均较高。通过比较 HDPE发泡塑料(③)和CNF增强发泡塑料(④)弯曲强度的变化系数，发现 CNF 增强发泡塑料的弯曲强度变化较小 结论 添加 CNF可以提高塑料的弯曲弹性模量和弯曲强度。除了改善这些机械性能外，并对塑料发泡成型有稳定的作用，例如，通过添加CNF， 可改变发泡塑料的孔洞。CNF复合材料在构件中的应用需要进行多种形式的评估，强度评估是其中的一个关键项目。此外在这项研究中，由于使用了挠度计，因此可以高精度地测量试样的挠度。岛津试验机测量系统可以准确评价含CNF 材料的各项力学性能。 发泡塑料是轻质的，具有优异的隔热和减震性能，其原因是因为材料内部含有许多空隙；另一方面，由于单位体积的塑料体积较小，发泡塑料的强度低于非发泡塑料。纤维或其他增强材料的添加是增强其强度的有效技术，而泡沫则有轻质和隔热的性能。虽然玻璃纤维和碳纤维常被用作增强材料，但近年来利用纤维素纳米纤维（以下简称CNF）作为植物源性高性能新材料的研究和开发取得了进展。纤维素主要由植物细胞壁和棉花等物质组成，是地球上最常见的碳水化合物，长期以来一直被用作造纸和棉纤维的原料。近年来，通过将纤维素热分解到纳米级来实现更高功能的CNF 引起了人们的关注。CNF 作为一种植物源性材料，对环境影响小，并且具有多种理想的性能，包括低线性膨胀、气体阻隔性和透明性。与铁基材料相比，CNF 重量仅为钢的1/5，但比强度高，比钢强5 倍，可以实现CNF 与塑料、橡胶的复合，达到或优于传统材料的强度。因此，CNF 作为继碳纤维之后的一种新型材料引起了人们的兴趣。本文介绍了一种三点弯曲试验，采用符合JIS K 7171 标准的挠度测量装置和试验速度，该标准通常用于塑料的强度评定，并比较了有无CNF 和是否为发泡塑料的弯曲强度差异。