数字测量法研究纸浆模塑材拉伸力学性能(三)
数字测量法研究纸浆模塑材拉伸力学性能(三)
2. 2 拉伸实验
拉伸实验在岛津AG25TA 型自动控制电子万能材料实验机上进行,加载方式为单向拉伸, 实验过程参考ISO 标准192422 进行,加载速率设置为12mm/ min ,试件的尺寸如图3 和表1 ,本实验选取同一批次材料的10 个试件进行实验。拉伸试件的变形的测量采用非接触式变形测量方法,即数字相关测量方法,变形场的测试区域位置如图3 所示,试件上不用人工制斑,而利用纸浆模塑材料本身的纹理作为散斑即可。实验时,连接好数字相关测量系统,调整光源及CCD 摄像头的位置,达到成像区域尺寸和位置合适;同时好设置岛津AG25TA 型自动控制电子万能材料实验机加载参数,然后便可以加载实验。按ISO标准192422 的规定,试件破坏后,在距试件中间(l/ 2 处) 位置0(15mm范围内产生裂纹的试件为有效试件,以排除应力集中的影响。拉伸试验曲线表明,纸浆模塑材料在小变形时其应力与应变之间为线性关系。
2. 3 实验结果与讨论
实验过程中,通过数字相关测量系统记录了加载前后的散斑图,并能存储于计算机硬盘上,图4 是试件在加载前和加载到8. 16 kgF 时变形场的两幅散斑图。这些散斑图就是数字相关测量方法进行变形分析的原始数据,利用数字相关分析软件就可以进行变形量的提取。这一测量方法可直接计算出测试区的全场应变,包括纵向应变和横向应变;由此可以非常方便地得到材料的弹性模量和泊松比。
另外,在实验过程中还利用了最小读数刻度为0. 01mm 的读数显微镜对试件的横向变形进行了测量,实验结果表明这也是测量纸浆模塑材料泊松比的一种有效方法。
表2 给出了用DICM 测量方法和读数显微镜测量纸浆模塑材料弹性模量和泊松比的实验结果。
从实验结果看, 2 种测量方法的测量结果较接近,弹性模量的平均值约为50MPa ,泊松比的平均值约为0. 01 (此实验结果针对前述试样而言,材料紧度为0. 413g/ cm3 ,测量弹性模量和泊松比的结果时,其纵向应变控制约0. 07。) ,泊松比值很小。特别指出的是这2 个参量的测量结果的标准偏差都大,也即实验结果较分散,另外变形的分布也不均匀。分析其原因可能主要有如下影响因素;1) 由于试件材料取自电子产品的缓冲衬垫,这会造成试件本身各处厚度不同以及不同试件的厚度也不相同;2) 很可能是实际材料存在着杂质、空洞, 或纤维形态、长度差异的影响以及纤维排列方向随机分布的影响;3) 测量误差影响。
3 结语
1) 由于纸浆模塑材料单向拉伸或压缩时横向变形测量比较困难,且对温度、湿度等环境因素影响敏感,不宜采用接触式变形测量方法,所以本文将数字相关测量技术应用于横向变形的测量,较好地解决了纸浆模塑材料的横向变形系数测量和全场变形测量问题。因而, 数字相关测量技术在今后纸基包装材料变形检测中有着广泛的应用前景。
2) 实验测量出了纸浆模塑材料的弹性常数,为今后对纸浆模塑包装结构进行有限元分析,并最终达到用其来指导产品缓冲设计提供了实用实验结果。
3) 对于纸浆模塑材料的粘弹性力学性质、大变形时的力学性质,及温度和湿度对其力学性质的影响还有待于进一步的研究。
(作者/计宏伟,余本农,平幼妹,邵文泉,藤立军 天津商学院)
信息来源<中国造纸>
