蠕變是一種在恒定載荷下持續(xù)的變形過程，可以間接反映材料自身的性能屬性，因此在針對材料進行研究時，蠕變是比較重要的一個參數(shù)。碳纖維復合材料問世已經(jīng)超過百年，對其蠕變性能的研究早就開始。近幾十年，碳纖維復合材料在不斷的演變和進步，熱塑性碳纖維復合材料被認為是下一代高性能的新型復材，而對熱塑性碳纖維復合材料蠕變性能的研究同樣也在進行，本文智上新材料將以熱塑性CF/PA6復合材料為對象，介紹該型復合材料的蠕變應變行為。
　　
 
　　熱塑性CF/PA6復合材料的蠕變應變行為測試
　　
　　1、背景簡述：
　　
　　蠕變對材料本身來說是一個負面的效果，隨著時間材料長時間的應用，蠕變變形不斷累積，在超過材料自身結構的間隙極限，就會發(fā)生破損，造成材料性能的大幅下降，甚至喪失。對材料自身蠕變性能的研究可以有助于指導材料的應用方向，明確材料應用的實際場景。
　　
 
　　復合材料通常表現(xiàn)出粘彈性行為，即粘性流動和彈性行為的組合。以CF/PA6復合材料為試樣，采用芬德利冪律方程來描述其應變的時間依賴性，該方程形式為：ε(t)=ε0+mtn。其中，ε(t)為蠕變應變，ε0為瞬時應變，m為瞬態(tài)蠕變應變的幅度，t為時間，n為時間指數(shù)。芬德利冪律方程可以有效描述熱塑性CF/PA6復合材料的蠕變應變行為。
　　
　　2、研究過程：
　　
　　通過應變儀法對熱塑性CF/PA6復合材料進行蠕變行為的研究，在不同應力條件和溫度下，測量熱塑性CF/PA6復合材料的變形數(shù)據(jù)，明確復合材料蠕變應變、應變速率、蠕變順從性與應力條件、時間和溫度的關系，并利用時間-溫度疊加原理將實驗蠕變應變數(shù)據(jù)移至參考溫度，形成主曲線，用以預測長期的蠕變行為。
　　
 
　　選用纖維含量為55vol%的CF/PA6預浸料，通過手工鋪層和熱壓技術制備相應的熱塑性碳纖維板，使用水冷鉆石鋸切割成合適的尺寸大小，再利用夾具穩(wěn)定夾持。后續(xù)采用應變儀法加載在試樣上，選擇恒定應力條件進行蠕變測試，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄應變信號，每個試樣測試超過100小時，并在25℃、40°C和55°C下均進行同樣的測試操作。
　　
　　3、測試結果：
　　
　　A、彈性模量：通過拉伸實驗確定了在不同溫度下熱塑性CF/PA6復合材料試樣的彈性模量。如下圖顯示，隨著溫度升高，彈性模量顯著降低，尤其是在55°C時，纖維60°方向的彈性模量僅為常溫下的51.2%。
　　
 
　　B、蠕變行為：蠕變測試表明，隨著應力水平的增加和纖維取向角度的增大，蠕變應變顯著增加。芬德利冪律方程能夠很好地擬合實驗數(shù)據(jù)，主曲線也顯示出較好的擬合度。其中90°方向例外，因為90°方向CF/PA試樣的彈性模量高于60° 試樣，因此90°試樣的蠕變應變小于60°試樣的蠕變應變。
　　
 
　　通過測試發(fā)現(xiàn)，熱塑性CF/PA6復合材料的蠕變行為受到溫度和纖維取向影響較為顯著，而纖維與加載軸的夾角增大時，蠕變應變率增大。芬德利冪律方程可有效描述該復合材料的蠕變響應，實驗數(shù)據(jù)與擬合曲線具有良好的一致性。該項研究對于理解熱塑性復合材料在長時間蠕變下的行為具有重要意義，是未來熱塑性碳纖維復合材料正向發(fā)展的重要基礎。