非连续纤维增强复合材料的拉伸强度σ符合下式(3):
σ= η0∑li<lcτliVi2r + η0∑lj>lcσfVj(1- lc2lj)+σm(1- Vf),lc= rσf2τ
式中,Vi和Vj别为长度小于和大于纤维临界长度lc纤维体积含量Vf为纤维的总体积含量σf复合材料学报ACTAMATERIAECOMPOSITAESINICA第18卷第2期5月2001年Vol.18 No.2 May 2001为玻璃纤维的拉伸强度σm为树脂的拉伸强li、lj
分别指大于和小于lc
的玻璃纤维长度r为玻璃纤
维的半径τ为界面剪切强度。由上式可见,在纤维
含量一定的情况下,随注塑材料内纤维长度增加,lc
降低以及纤维取向度的提高,复合材料的拉伸强度
提高。通过界面改性、粒料长度变化、注塑工艺变化
和模具设计,可改变注塑试样内纤维的长度、取向以
及lc
大小,从而影响其力学性能。上述公式是在纤
维与基体完全混合的假设基础上推导得到的[3]。实
际上,在具体实验和生产中,很难做到这一点。纤维
与基体混合越均匀,纤维承受应力的效果越明显,材
料的强度越高。
从上述分析可知,界面改性、纤维浸渍程度、粒
料长度及注塑材料退火等将改变复合材料内纤维的
长度、分布以及纤维/基体间的界面强度,从而影响
材料的拉伸强度。本文将就此进行初步研究。
1 实验部分
1.1 实验设备
注塑机,浙江塑料机械厂出品,SZ-60/40。电子
拉力机,长春市智能仪器设备研究所生产,WSM-
2000型数字式试验机。
1.2 试验原料
南京玻纤院提供的玻璃纤维(GF),直径20
μm,表面处理409浸润剂(主要成分为KH560、
KH570等),单股和三股并股两种。杭州新兴玻璃纤
维厂提供的GF,直径为11μm,表面处理剂主要为
KH550。聚丙烯,Q/shC001-1998,锦州石化公司提
供。接枝马来酸酐(MAH)改性的PP(PP-MAH),利
用固相接枝方法自行制备,接枝率为1.5%和
2.3%两种。双马来先亚胺(BMI)由北京航空材料
研究院提供。
1.3 长玻璃纤维/聚丙烯粒料的制备
利用自行设计制造的连续纤维/热塑性树脂基
复合材料浸渍装置[4],制备连续GF增强的PP予浸
料,然后切割成长度为5mm、10mm、15mm的注塑
用粒料。
长纤维粒料的特征是粒料内纤维单向排布,长
度与粒料长度相同。
1.4 注塑模具及注塑工艺:
模具为两种不同浇口尺寸的哑铃形,大小浇口
的尺寸分别为7.6mm2和2.2mm2,前者称为"宽浇
口",后者称为"窄浇口"。喷嘴直径为5mm。哑铃形
试样的厚度为4mm,其它尺寸如图1所示。
图1 哑铃形模具的形状与尺寸
Fig.1 Geometryanddimensionsofthedumbbellshapedmold
注射机温度设置:210℃~240℃~230℃(加
料斗到喷嘴),喷嘴温度约为220℃。模具温度为室
温。注塑压力为0.7MPa。
1.5 试验方法
每组实验至少5个试样,实验结果取平均,并计
算标准偏差SD= ∑(x-x - )2
へn-1 。退火处理:真空条
件下150℃,处理1小时。按照GB/T1042进行拉伸
强度测试。拉伸速度10mm/min。用日立公司S-570
电子显微镜观察试样的断面。
除特殊说明外,本文中均采用杭州新兴玻璃纤
维厂提供的玻璃纤维。纤维含量均为40wt%。除特
殊说明外,粒料的长度均为15mm,且注塑试样均
未进行退火处理。
用原位多相聚合法制得了聚氨酯脲/环氧树脂基复合材料.利用拉伸试验、冲击试验、差热分析(DSC)、热失重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)等方法研究了复合材料的力学性能、热性能及冲击断面形貌,探讨了聚氨酯脲分子量及加入量对该复合材料各种性能的影响,并对复合体系的反应动力学进行了初步探讨.结果表明:在复合材料中,聚氨酯脲和环氧树脂形成了两相互穿网络结构,聚氨酯脲软段形成的聚集体,易引发基体树脂产生微裂纹并吸收冲击能量,同时在冲击或拉伸过程中软段聚集体还可通过自身屈服形变吸收能量,促使基体屈服,发生脆韧转变.在不降低环氧树脂热性能的情况下聚氨酯脲的加入较好地改善了环氧树脂的力学性能.在该文研究范围内,TDI-聚酯型聚氨酯脲可使环氧树脂冲击强度提高114%,拉伸强度提高44%.MDI-聚酯型聚氨酯脲可使环氧树脂冲击强度提高132%,拉伸强度提高41%.TDI-聚醚型聚氨酯脲可使环氧树脂的拉伸强度提高68%,冲击强度提高51%.MDI-聚醚型聚氨酯脲能使环氧树脂拉伸强度提高45%,冲击强度提高70%.此外,聚氨酯脲的加入可使环氧树脂固化反应活化能降低22%左右.欢迎分享,转载请注明来源:夏雨云
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