聚合物随时间变化的变形行为

由力量纳米表面2018年9月3

硬度或模量的测量通常无助于研究材料随时间变化的变形。为了确保测量结果具有可比性，必须匹配负载功能。在许多情况下，当在不同的时间周期内测试时，材料的硬亚博网站下载度没有显示出显著的变化，这意味着在恒定的应变速率下测试并不重要。

早期的基于时间的变形观察和概念分析是在具有低熔点的金属中获得的，这显示了显著的蠕变行为。铝和铜在室温下也有明显的蠕变。恒应变率测试对其他金属也越来越重要，因为随着这些材料在提高温度下的先进测试，它们接近熔点。亚博网站下载

另一类需要蠕变变形测试的亚博网站下载材料是聚合物，其粘弹性特性随时间变化，这在使用Bruker的nanoDMA®III设置或者通过蠕变速率分析，如果研究中的聚合物显示出低损耗行为。通常采用蠕变速率来探索低变形速率下材料的行为，因为它们评估了材料相对于施加的应力的变形速度。亚博网站下载

另一方面，使用恒定应变速率测试使压力能够以一种可控的方式改变变形速率。用压痕栅格进行恒应变率测量，应变率范围在1到0.001s之间^－1，但蠕变实验，它是0.001 ~ 0.000001^－1．

CMX载荷函数具有恒定的应变率分布。红色部分在加载速率为0.11/s时执行。蓝色加载函数在加载速率0.11/s和0.011/s之间跳跃。

图1所示。CMX载荷函数具有恒定的应变率分布。红色部分在加载速率为0.1时执行1/年代．蓝色加载函数在加载速率为0.1之间跳跃1/年代和0.011/年代．

压痕应变速率定义

当进行拉伸试验时，应变率计算为变形速度(dl/dt)与拉伸试样长度的比值。在使用压痕技术时，变形速度不应作为试样大小的函数。现在最明显的长度范围是压头的穿透深度，hc。应变速率,dε/ dt，因此计算为dh_c/ dt /小时_c．

然而，施加应力的状态并不完全对应于拉伸试验。在初始测试阶段获得的小hc表明应变速率可以显著提高。假设试样硬度恒定，可使用Berkovich压头进行恒定应变率实验，满足应变率dh_c/ dt /小时_c=常数。，提供力量P以类似方式改变(dP / dt / P= const.)，这反过来又要求缩进具有指数负载函数。

应变速率的变化会影响纳米Al的压痕，Meyer等人的研究表明，达到一定应变速率所需要的应力水平由压头下平均压力的硬度来表示。该硬度是应变率变化的函数，由载荷函数指定。在任何应变速率下，需要一段时间才能达到硬度的稳定值。

在本研究中，我们使用PMMA作为一种玻璃聚合物，在室温下，比较恒定应变速率实验与应变速率跳跃，以及应变速率很低时的蠕变研究。

PMMA压痕测试

当前的压痕实验采用应变率分别为0.1、0.01和0.001s的PMMA试样^－1以及从初始应变率0.1s开始的应变率跳跃设置^－1，修改为0.01和0.001^－1当负载为1900 μN时。

此外，在8000秒内进行了参考蠕变试验，以便在应变率为0.001和0.00001之间研究PMMA样品的蠕变速率^－1．压头首先被快速加载到9000 μN。如图3所示，模量与渗透深度和应变速率无关，因为它不是样品塑性的度量。

这将验证所应用的测试中使用的方法。在这个实验中，每个测试压头下的平均压力可以被绘制出来，并显示一个与应变率的对数标度的线性图，如图4所示。

显示了不同应变速率下PMMA的硬度，它代表了压头与试样之间的平均压力。可以清楚地看到，在测试期间，跳跃测试的应力水平变化为各自的恒定应变率。这里所示的曲线是四次压痕实验的平均曲线，也说明了压痕试验的可重复性。

图2。显示了不同应变速率下PMMA的硬度，它代表了压头与试样之间的平均压力。可以清楚地看到，在测试期间，跳跃测试的应力水平变化为各自的恒定应变率。这里所示的曲线是四次压痕实验的平均曲线，也说明了压痕试验的可重复性。

减小模量进行恒应变率实验和应变率跳变试验。

图3。减小模量进行恒应变率实验和应变率跳变试验。

恒定应变率和应变率跳变测试中硬度与深度的关系。

图4。恒定应变率和应变率跳变测试中硬度与深度的关系。

结论

在当前的实验中，进行了三个独立的测试来了解PMMA在不同应变速率下的行为，使用力量的Hysitron^®TI 980 TriboIndenter^®配备nanoDMA III。图4为恒应变率压痕试验、应变率跳变试验和蠕变试验结果。这种类型的测试已经成功地研究了PMMA的应变率依赖行为超过40年。

控制应变率压痕试验结合CMX加载的性能要求在高应变率下进行试验，当应变率较小时，参考蠕变试验效果最好。记录的硬度值显示出很小的标准差，这使得使用恒定应变率和应变率跳跃的实验之间有微小的差异。需要更多的研究来研究这些差异，这可能会对PMMA依赖时间的行为提供更多的启示。

xSol®加热阶段通过提供一个稳定的、良好控制的局部环境来提高参数的可用性，这与样品和压头周围的气体成分和温度有关。因此，这些实验模拟了一般应用的PMMA使用的实际操作条件，并有助于在这种材料的潜在缺点真正出现之前检测出它们。

参考文献

卢卡斯，B.N.等，1996，夫人学报，第436卷，1996。
S. Asif和J.B. Pethica，夫人学报，第505卷，1997。
S. Asif和J.B . Pethica, Phil。Mag A，第76,1105卷，1997。
梅耶，v等人，脱线。第26卷，第11期，2011年。

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引用

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美国心理学协会
力量纳米表面。(2021年1月15日)。聚合物随时间变化的变形行为。AZoM。2021年7月4日从//www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=16334取回。
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力量纳米表面。聚合物随时间变化的变形行为。AZoM．2021年7月04。< //www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=16334 >。
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力量纳米表面。聚合物随时间变化的变形行为。AZoM。//www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=16334。(访问2021年7月4日)。
哈佛大学
布鲁克纳米表面，2021年。聚合物随时间变化的变形行为．《AZoM》，2021年7月4日观看，//www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=16334。