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玻纖對玻纖增強尼龍66力學性能的影響

文章出處:徐州騰飛工程塑料有限公司   發布時間:2017-09-28 10:00:00    點擊數:-   【

1、玻纖含量對玻纖增強尼龍66力學性能的影響

由圖3-3到圖3-5可見,隨著玻纖含量的增加,不同型號的尼龍66體系的拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度均存在不同程度的先降后升趨勢。試樣受到外力作用時,玻纖兩端發生應力集中,在GF與尼龍66界面產生大量小裂紋,并隨著載荷的增大,小裂紋快速發展為裂縫,GF從尼龍66基體中快速拔出,使試樣斷裂。小裂紋的產生、擴展及GF從尼龍66基體中的拔出需要消耗能量。當復合材料中的GF含量較低時,材料受到外力作用時發生在GF端部的應力集中現象占主導作用,因此,材料的性能隨GF含量的增加而降低。當復合材料中的GF含量較高時,GF含量的增加使得裂紋引發和擴展及GF拔出等所消耗的能量顯著增大,GF增強作用占主導地位,因此,材料的強度隨GF含量的增加而迅速提高。但是,當GF含量超過40%后,過多的GF會導致復合材料的流動性變差,成型加工成型困難,而且制品會出現嚴重的GF外露和各向異性的實際應用問題。因此,本文選用GF為含量40wt%時的復合材料作為研究對象。由圖可見,尼龍66(101L)/GF復合材料的綜合力學性能較尼龍66(EPR24)/GF復合材料好。

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2、GF類型對玻纖增強尼龍66復合材料力學性能的影響

未經處理的GF表面光滑且有水膜形成,用于增強聚合物時因與基體之間的粘合性能差而使用價值不高。工業上一般采用硅烷偶聯劑對GF表面進行處理,經偶聯劑處理的GF與基體界面間存在化學結合和物理結合,改善了GF與基體界面的粘接強度,從而提高了GF對聚合物基體的增強效果。

三種不同型號的GF對尼龍66的增強效果見表3-3,表中可知PA66/GF-2復合材料的綜合性能最優。圖3-6為復合材料沖擊斷面的SEM圖,可以看出,b圖所示的GF表面較a、c圖的GF粗糙,在試樣發生破壞時,較多的尼龍66黏附在GF表面隨GF拔出,且GF根部與尼龍66基體粘接緊密,說明該GF-2表面與尼龍66有良好的相容性,尼龍66與GF-2的界面粘接強度高于GF-1和GF-3。觀察試樣基體的斷裂面得到,GF-2增強的尼龍66斷裂表面粗糙,為韌性斷裂;而PA66/GF-1復合材料尼龍66的斷裂表面較平整,PA66/GF-3復合材料尼龍66的斷裂表面最為平整,為脆性斷裂。由于GF-2增強尼龍66復合材料的綜合力學性能優于采用GF-1和GF-3增強尼龍66的復合材料。

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復合材料的性能不僅與GF與基體的界面粘結強度有關,還與GF長度、GF在基體中分布等密度聯系。只有纖維長度超過臨界長度(lc)時才能充分發揮纖維的增強作用,長度小于1lc時只能起到填充作用,隨著纖維長度的增加,增強效率提高。圖3-7為GF在尼龍66基體中的分布圖,利用圖像分析軟件對圖3-7中GF的長度進行統計分析,得到表3-4。結合圖3-7和表3-4的數據分析,加入到尼龍66中的連續GF在雙螺桿擠出機中經過剪切、捏合后,GF-2在尼龍66基體中的數均長度Ln為最長,K值最小,分布窄;GF-3在尼龍66中的Ln最短,長度分布較寬。這從另一方面解釋了GF-2對尼龍66的增強效果最好。造成GF在尼龍66基體中保留長度存在差異的原因之一在于GF與尼龍66的相容性。如前所述,GF-2與尼龍66的相容性好,GF-2從第二加料口進入螺桿后,能夠很快被尼龍66浸潤,在進一步的剪切、捏合和分散過程中受到尼龍66熔體的保護,擠出機對GF-2的剪切相對柔和。因此,分散在尼龍66中的GF-2保留長度相對較長且分布較窄。

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