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玻纤对玻纤增强尼龙66力学性能的影响

文章出处:徐州腾飞工程塑料有限公司   发布时间:2017-09-28 10:00:00    点击数:-   【

1、玻纤含量对玻纤增强尼龙66力学性能的影响

由图3-3到图3-5可见,随着玻纤含量的增加,不同型号的尼龙66体系的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均存在不同程度的先降后升趋势。试样受到外力作用时,玻纤两端发生应力集中,在GF与尼龙66界面产生大量小裂纹,并随着载荷的增大,小裂纹快速发展为裂缝,GF从尼龙66基体中快速拔出,使试样断裂。小裂纹的产生、扩展及GF从尼龙66基体中的拔出需要消耗能量。当复合材料中的GF含量较低时,材料受到外力作用时发生在GF端部的应力集中现象占主导作用,因此,材料的性能随GF含量的增加而降低。当复合材料中的GF含量较高时,GF含量的增加使得裂纹引发和扩展及GF拔出等所消耗的能量显著增大,GF增强作用占主导地位,因此,材料的强度随GF含量的增加而迅速提高。但是,当GF含量超过40%后,过多的GF会导致复合材料的流动性变差,成型加工成型困难,而且制品会出现?#29616;?#30340;GF外露和各向异性的?#23548;?#24212;用问题。因此,本文选用GF为含量40wt%时的复合材料作为研究对象。由图可见,尼龙66(101L)/GF复合材料的综合力学性能较尼龙66(EPR24)/GF复合材料好。

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2、GF类型对玻纤增强尼龙66复合材料力学性能的影响

未经处理的GF表面光滑且有水膜形成,用于增强聚合物时因与基体之间的粘合性能差而使用价值不高。工业上?#35805;?#37319;用硅烷偶联剂对GF表面进行处理,经偶联?#38142;?#29702;的GF与基体界面间存在化学结合和物理结合,改善了GF与基体界面的粘接强度,从而提高了GF对聚合物基体的增强效果。

三种不同型号的GF对尼龙66的增强效果见表3-3,表中可知PA66/GF-2复合材料的综合性能最优。图3-6为复合材料冲击断面的SEM图,可以看出,b图所示的GF表面较a、c图的GF粗糙,在试样发生破坏时,较多的尼龙66黏附在GF表面随GF拔出,且GF根部与尼龙66基体粘接紧密,?#24471;?#35813;GF-2表面与尼龙66有良好的相容性,尼龙66与GF-2的界面粘接强度高于GF-1和GF-3。观察试样基体的断裂面得到,GF-2增强的尼龙66断裂表面粗糙,为韧性断裂;而PA66/GF-1复合材料尼龙66的断裂表面较平整,PA66/GF-3复合材料尼龙66的断裂表面最为平整,为脆性断裂。由于GF-2增强尼龙66复合材料的综合力学性能优于采用GF-1和GF-3增强尼龙66的复合材料。

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复合材料的性能不仅与GF与基体的界面粘结强度有关,还与GF长度、GF在基体中分布等密度联系。只有纤维长度超过临界长度(lc)时才能充分发挥纤维的增强作用,长度小于1lc时只能起到填充作用,随着纤维长度的增加,增强效率提高。图3-7为GF在尼龙66基体中的分布图,利用图像分析软件对图3-7中GF的长度进?#22411;臣品?#26512;,得到表3-4。结合图3-7和表3-4的数据分析,加入到尼龙66中的连续GF在双螺杆挤出机中经过剪?#23567;?#25423;合后,GF-2在尼龙66基体中的数均长度Ln为最长,K值最小,分布窄;GF-3在尼龙66中的Ln最短,长度分布较宽。这从另一方面解释了GF-2对尼龙66的增强效果最好。造成GF在尼龙66基体中保留长度存在差异的原因之一在于GF与尼龙66的相容性。如前所述,GF-2与尼龙66的相容性好,GF-2从第二加料口进入螺杆后,能够很快被尼龙66浸润,在进一步的剪?#23567;?#25423;合和分散过程中受到尼龙66熔体的保护,挤出机对GF-2的剪切相对柔和。因此,分散在尼龙66中的GF-2保留长度相对较长且分布较窄。

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