【摘 要】尼龍（Nylon， Polyamide， 簡稱PA）是指由聚酰胺類樹脂構成的塑料。此類樹脂可由二元胺與二元酸通過縮聚制得，也可由氨基酸脫水后形成的內酰胺通過開環(huán)聚合制得，與PS、PE、PP等不同，PA不隨受熱溫度的升高而逐漸軟化，而是在一個靠近熔點的窄的溫度范圍內軟化，熔點很明顯，熔點：215-225℃。溫度一旦達到就出現(xiàn)流動。

本文介紹了尼龍材料在不同應變率和溫度下的壓縮力學性能實驗的過程和結果，同時對不同應變率和溫度下的實驗結果做了對比和分析，獲得了應變率和溫度對尼龍材料力學性能的影響。

【關鍵詞】尼龍材料 不同溫度 應變率 動態(tài)力學性能分析

在實驗中，通過利用MTS810材料試驗機對試件進行準靜態(tài)力學實驗，我們可以得到在靜態(tài)條件下尼龍材料的靜態(tài)力學性能。但是，由于實際工作的需要，靜態(tài)條件下材料的力學性能遠不能滿足工程實際的要求。所以，此次論文的關鍵所在就是利用SHPB來確定尼龍材料的動態(tài)力學性能。

根據(jù)中型霍普金森壓桿裝置的桿的直徑，尼龍材料試件的尺寸大致定為直徑12毫米，直徑0.5毫米的圓柱形。利用霍普金森壓桿裝置分別測試了應變率分別為10001/s，20001/s，4000s/s以及溫度分別為室溫，50℃，100℃下共九組試件，每組試件有三個，然后取平均值作為最終實驗數(shù)據(jù)進行分析。

實驗室儲備的尼龍材料直徑大概為12毫米，厚度大概為8毫米，且表面向內凹陷。為了達到實驗要求，需要將試件打磨成直徑約為12毫米，厚度約為5毫米。先使用粗砂紙打磨，后用細砂紙打磨。最后的試件需要確保兩端面平行且表面盡量平整光滑。共制備70個試件分別用于準靜態(tài)力學實驗和高應變率高溫度下的動態(tài)力學實驗。

實驗過程中，必須確保試件夾在入射桿和透射桿之間，并且必須確保壓桿之間是對齊的。為了確保應變率不變，需要子彈（撞擊桿）的方位保持不變，為此，需要標定子彈（撞擊桿）的方位。從子彈開始，沿著入射桿，透射桿，吸能桿的順序通過調整墊片的位置和角度一一對桿，對齊后將桿和墊片的位置和角度一一在試驗臺上做好標記，每次實驗前按照標記的位置和角度對好桿再進行實驗。

試驗中采用如圖所示的電阻加熱器進行加熱。將加熱器套在桿和試件上，在上部的孔中插入熱電偶以測定即時的溫度。例如在50℃下的實驗，由于考慮到加熱設備的散熱和加熱的不均勻性（熱電偶測量的是試件周圍空氣的溫度，當空氣溫度達到某一溫度時，試件還未達到這一溫度），先加熱到55℃，然后切斷加熱器電源開關，待到溫度回落到50℃時再開氣槍放出子彈。

利用MTS 810材料試驗機，分別測量了常溫下應變率為0.01 1/s和0.001 1/s下的應力應變曲線。（注意：準靜態(tài)力學實驗和高應變率實驗的應力應變數(shù)據(jù)均為工程應力和工程應變）

準靜態(tài)力學實驗完成之后，進行高應變率條件下的實驗。由于尼龍材料的熔點為220℃左右，所以選用20℃、50℃、100℃三個溫度進行實驗是可行的。在常溫（20）（50）（100）三種不同溫度下分別進行尼龍材料在應變率分別為1000 2000 4000下的動態(tài)力學實驗。試件和桿間通過凡士林潤滑。可以得到三組應力應變曲線，從而得到材料的力學性能。

通過對應力應變曲線的分析，對于同一種尼龍材料，可以對以下幾個方面進行分析。（1）準靜態(tài)條件下，尼龍材料的力學性能變化并不十分明顯，但應變率提高十倍之后，材料的韌性和強度略有降低。（2）由圖七至圖九（分別為室溫，50℃，100℃下試件的應力應變曲線）可以得出應變率對尼龍材料力學特性的影響：隨著應變率增加，材料的應力增加，屈服應力也隨之增加。（3）由圖十至圖十二（分別為應變率為1000 1/s，2000 1/s，4000 1/s下試件的應力應變曲線）可以得出溫度對尼龍材料力學特性的影響：隨著溫度增加，材料的應力降低，屈服應力也隨之降低。（4）由圖六和圖七（分別為準靜態(tài)和高應變率下試件的應力應變曲線）可以確定高應變率可以顯著增加尼龍材料的韌性。（5）尼龍材料的壓縮強度接近于屈服強度，這是尼龍材料的一個獨特性能。然而最重要的是通過試驗得出了尼龍材料的應力應變曲線，方便研究材料的力學性能和本構行為。

材料的破壞強度分析（見下表）：

尼龍材料已在國民經(jīng)濟許多部門得到了越來越廣泛的應用，隨著尼龍材料的廣泛應用，為了適應承受爆炸與沖擊等極端載荷的工程應用，人們越來越重視尼龍材料在高應變率下沖擊行為的研究。

為了得到尼龍材料在高應變率下和不同溫度下的力學數(shù)據(jù)，我們采用了傳統(tǒng)的霍普金森壓桿實驗技術，這項技術既經(jīng)濟又相對容易實現(xiàn)。文中所提到的溫度控制技術也可以在以后的試驗中借鑒。尼龍材料的應力應變曲線已經(jīng)得出，溫度和應變率都對尼龍材料的力學性能有較顯著的影響。此結果說明了收集尼龍材料在高應變率和不同溫度下的應力應變曲線的重要性。同時，本文給出了各個溫度和應變率下的破壞強度，結果表明尼龍材料具有較好的機械強度和韌性，壓縮屈服強度與金屬不相上下（20號鋼的許用應力為130MPa左右）。