導(dǎo)讀

隨著“2020年第七屆中國汽車輕量化峰會”的日益臨近及《國家第六階段機動車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布與實施，在環(huán)境保護和節(jié)能降耗法規(guī)要求日趨嚴(yán)格的當(dāng)下，輕量化已成為中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向和必然趨勢。

其中對車身的輕量化更是提高汽車動力性、降低油耗、保護環(huán)境的關(guān)鍵。車身輕量化與使用材料密切相關(guān)，如鎂合金、鋁合金等金屬結(jié)構(gòu)材料、工程塑料及其復(fù)合材料在輕量化中起到重要作用。采用工程塑料及其復(fù)合材料可減輕汽車零部件約40%的質(zhì)量，可降低成本40%，因此開發(fā)工程塑料和復(fù)合新材料是車身輕量化發(fā)展的趨勢，其中PP（聚丙烯）和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）應(yīng)用更為廣泛。

塑料及其復(fù)合材料的應(yīng)用場景

為什么在汽車材料輕量化中大量應(yīng)用PP、PMMA?

今天，我們要對PP、PMMA做兩個有趣的試驗：

1. 宏觀視界下的拉伸

PP、PMMA在常規(guī)的靜態(tài)測試外，可能會受到動態(tài)變形的影響，例如，在涉及運輸設(shè)備的碰撞和產(chǎn)品掉落時。因此，為了保證可靠性，還必須進行沖擊試驗。特別是，由于聚合物塑料具有粘彈性，（既有粘性又有彈性），其力學(xué)特性表現(xiàn)出對環(huán)境溫度、時間和變形速率的依賴性。

采用島津AGX-V電子萬能試驗機和HITS-TX高速拉伸試驗機可以研究PMMA/PP與試驗速度關(guān)系。

應(yīng)力-行程曲線

試驗結(jié)果

高速拉伸試驗中PMMA和PP的拉伸強度均高于靜態(tài)拉伸試驗，證實了這兩種塑料材料拉伸強度的試驗速度依賴性。

2. 微觀視界下的斷口

當(dāng)發(fā)生損壞、故障事故或劣化時，我們通常迫切需要調(diào)查原因和提出對策。塑料的失效形式多種多樣，包括靜態(tài)斷裂、沖擊斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂、環(huán)境引起的斷裂等。根據(jù)分析不同類型的斷裂原因，可以觀察到具有不同特征的斷裂面，這表明可以通過斷口觀察來確定損傷的原因，并研究解決損傷的方法。拉伸試驗后，我們選擇對PP試樣的斷口進行鍍金，并用光學(xué)顯微鏡和EPMA進行觀察。

電子探針EMPA8050G

在PP斷裂表面鍍金，并用光學(xué)顯微鏡和EPMA進行觀察。靜態(tài)拉伸試驗和高速拉伸試驗后的聚丙烯斷裂表面分別如下圖所示。（a）為光學(xué)顯微鏡圖像，（b）-（d）為電子探針二次電子像。

對比PP靜態(tài)拉伸微觀圖（a）與PP動態(tài)拉伸微觀圖（a）可見，與高速拉伸試驗的斷口面積相比，靜態(tài)拉伸試驗的斷口面積明顯較小，這應(yīng)該是由于靜態(tài)拉伸斷裂時，塑性變形伴隨著頸縮而導(dǎo)致的。

靜態(tài)拉伸微觀圖

在PP靜態(tài)拉伸微觀圖（b）中的斷裂面中部，可見纖維斷裂面以韌性方式伸長。對 PP靜態(tài)拉伸微觀圖（b）的中心區(qū)域及其左側(cè)區(qū)域進一步放大，結(jié)果見PP靜態(tài)拉伸微觀圖（c）及（d）。由PP靜態(tài)拉伸微觀圖（c）可見樹脂纖維伸長的情況。PP靜態(tài)拉伸微觀圖（d）顯示斷面上有許多孔，這是由樹脂（如低分子量物質(zhì)）或雜質(zhì)等微觀缺陷等形核長大而導(dǎo)致的。

高速拉伸微觀圖

在高速拉伸試驗中，斷裂處沒有出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，整個斷口呈扁平、粗糙的片狀。對斷面中心及邊部進一步放大，結(jié)果見PP動態(tài)拉伸微觀圖（c）及PP動態(tài)拉伸微觀圖（d），可見，中部和邊部的斷口形貌無明顯差異。據(jù)此可推斷，隨著試驗速度的提高會導(dǎo)致無塑性變形的脆性斷裂。

結(jié) 論

島津具有豐富的產(chǎn)品線，在宏觀方面：擁有各種靜態(tài)試驗機與動態(tài)試驗機，可以提供力學(xué)測試，并進行定制化夾具設(shè)計；從微觀方面：擁有電子探針EMPA等各種微觀測試儀器，可以提供表面分析數(shù)據(jù)，為客戶提供一整套服務(wù)與方案。島津為汽車改性塑料的快速發(fā)展提供幫助，在汽車安全性的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)汽車輕量化，為營造和諧綠色的環(huán)境做出貢獻，創(chuàng)造嶄新的明天。