復(fù)合材料作業(yè)

1、玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的增強(qiáng)方式玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的增強(qiáng)方式及纖維長(zhǎng)度控制及纖維長(zhǎng)度控制齊齊哈爾大學(xué)齊齊哈爾大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院鄭丁源鄭丁源20121430892012143089摘要本文綜述了玻璃纖維長(zhǎng)度對(duì)力學(xué)性能的影響玻璃纖維長(zhǎng)度的表征方法擠出和注塑過(guò)程中玻璃纖維的斷裂并敘述了玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的進(jìn)展提出了玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料發(fā)展的方向。關(guān)鍵詞玻璃纖維纖維長(zhǎng)度增強(qiáng)方式熱塑性復(fù)合材料ABS

2、TRACTInthispapertheeffectofglassfiberlengthonmechanicalpropertiesglassfiberlengthmeasurementfiberfractureinextrusioninjectionwerereviewed.Thedevelopmentofglassfiberreinfcementfashionwaspresentedalsotheperspectiveofglassf

3、iberreinfcedthermoplastics.KEYWDSGlassfiberfiberlengthenhancementpatternthermoplasticcompositematerial.1前言熱塑性樹(shù)脂經(jīng)玻璃纖維增強(qiáng)后強(qiáng)度、模量、沖擊性能和耐熱性能都得以全面的提高用途大大拓寬50%的熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料含有玻璃纖維。短玻纖增強(qiáng)是玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的主要增強(qiáng)方式加工工藝是擠出機(jī)混合造粒然后注塑成型在混合和注塑過(guò)程

4、中玻璃纖維逐漸被剪碎最終制品中纖維長(zhǎng)度在012～014mm范圍[1]。纖維長(zhǎng)度是決定纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最主要的因素長(zhǎng)纖維比短纖維具有更佳的增強(qiáng)效果為了提高制品中玻璃纖維的長(zhǎng)度人們對(duì)玻纖增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂的混合以及制品成型工藝進(jìn)行了大量的研究對(duì)加工過(guò)程中玻璃纖維的斷裂有了較深入的認(rèn)識(shí)但是玻璃纖維的長(zhǎng)度卻始終被限制在1mm以?xún)?nèi)。同時(shí)玻璃纖維的增強(qiáng)方式取得了兩大進(jìn)步一是預(yù)浸帶工藝[24]即用樹(shù)脂熔體或溶液浸漬連續(xù)纖維束得到預(yù)浸帶將預(yù)浸帶切成10mm

5、長(zhǎng)的顆粒用于注塑成型制品中的玻璃纖維長(zhǎng)度大于1mm。二是GMT材料[56]玻璃纖維以長(zhǎng)纖維或連續(xù)纖維氈的形式增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂GMT材料廣泛用于汽車(chē)零部件和結(jié)構(gòu)件由于其力學(xué)性能優(yōu)良具有突出的耐沖擊性能而且易于加工可回收日益受到工業(yè)界的青睞。2玻璃纖維長(zhǎng)度對(duì)復(fù)合材料性能的影響纖維增強(qiáng)復(fù)合材料根據(jù)纖維的增強(qiáng)原理只有纖維長(zhǎng)度在臨界長(zhǎng)度以上時(shí)才能充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。Thomason[7]采用GMT的造紙工藝分別將0109～12mm之間6種長(zhǎng)度的

6、玻璃纖維與聚丙烯制成GMT片材研究了玻璃纖維長(zhǎng)度對(duì)PPGF力學(xué)性能的影響纖維長(zhǎng)度與增強(qiáng)效率之間的關(guān)系見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)隨長(zhǎng)度的增加纖維的增強(qiáng)效率提高當(dāng)纖維長(zhǎng)度超過(guò)12mm時(shí)纖維對(duì)復(fù)合材料各項(xiàng)性能的增強(qiáng)效果基本達(dá)到最佳。長(zhǎng)纖維復(fù)合材料表現(xiàn)出比短纖維復(fù)合材料更佳的性能可提高剛性、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、耐蠕變性。另一個(gè)顯著特點(diǎn)是沖擊強(qiáng)度成倍提高。纖維復(fù)合材料吸收沖擊強(qiáng)度的方式有三種[8]:纖維斷裂、纖維拔出、樹(shù)脂斷裂。纖維長(zhǎng)度機(jī)中的混合過(guò)程Ch

7、ui和Shyu[19]用單螺桿擠出機(jī)混合玻纖含量分別為15%和25%(Wt)的聚丙烯Fisa用Brabender塑化儀混合玻纖與聚丙烯都得出這樣的結(jié)論。但是vonTurkovich和Erwin用單螺桿擠出機(jī)混合PS和玻纖玻纖含量(Vol)在1%～20%之間時(shí)玻纖含量對(duì)擠出粒料中的玻纖長(zhǎng)度不存在明顯影響。以上這些研究表明玻纖含量增加纖維纖維之間的相互作用增加使纖維的斷裂程度增加但是玻纖含量并不是影響纖維斷裂的主要因素在某些情況下影響程度較

8、低或不明顯。短切玻纖可以切成各種長(zhǎng)度與樹(shù)脂擠出混合玻纖的初始長(zhǎng)度對(duì)最終粒料中纖維的長(zhǎng)度影響很小。Gupta[20]等人將兩種30%(Wt)的玻纖增強(qiáng)PP粒料經(jīng)單螺桿擠出機(jī)第二遍混合一種粒料是短玻纖增強(qiáng)PP粒料中玻纖長(zhǎng)度是015mm另一種是預(yù)浸帶切粒切粒中玻纖長(zhǎng)度9mm。擠出機(jī)擠出后得到的粒料中玻纖長(zhǎng)度分別為014mm和1mm。聚合物熔體粘度對(duì)纖維的斷裂存在明顯的影響。Fisa用熔融指數(shù)分別是124018的PP為基體與玻纖在Braben2

9、der塑化儀中混合發(fā)現(xiàn)隨熔體粘度的升高玻纖長(zhǎng)度明顯下降溫度升高熔體粘度下降玻纖長(zhǎng)度增加。VonTurkovich和Erwin用312mm短切玻纖與PS通過(guò)單螺桿擠出機(jī)混合研究了玻纖在擠出機(jī)中的斷裂過(guò)程玻纖在螺桿各段的纖維長(zhǎng)度見(jiàn)表2。從中看出玻纖的斷裂主要發(fā)生在擠出機(jī)的熔融段在壓縮段和混合段也發(fā)生一定程度的斷裂。因此許多研究者指出纖維聚合物熔體之間的相互作用是玻纖斷裂的主要原因聚合物熔體在流動(dòng)過(guò)程中對(duì)玻纖存在剪切力的作用這種剪切力使玻纖劇

10、烈被剪斷。Fgas和Mason[21]提出了直的纖維在聚合物熔體剪切作用下發(fā)生斷裂的臨界剪切應(yīng)力γ是剪切速率η是熔體粘度E是玻纖的彎曲模量LD是玻纖長(zhǎng)徑比。Salinas和Pittman[22]用玻纖通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該公式的正確性。玻纖與樹(shù)脂粉末或者樹(shù)脂粒料經(jīng)單螺桿擠出機(jī)造粒后纖維的長(zhǎng)度存在差別與粉末混合得到的玻纖長(zhǎng)度大于與樹(shù)脂顆粒混合。這是由于玻纖與顆粒混合在擠出機(jī)熔融段樹(shù)脂還未完全熔融時(shí)螺桿的剪切力較高玻纖容易發(fā)生斷裂。將玻纖在樹(shù)脂熔

11、融后直接加入到熔體中這種玻纖進(jìn)粒方式對(duì)玻纖長(zhǎng)度影響不大這也是因?yàn)椴＠w的斷裂主要由于聚合物熔體的剪切作用。提高螺桿轉(zhuǎn)速玻纖的斷裂略有增強(qiáng)但影響不大。短玻纖增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂經(jīng)擠出機(jī)造粒后通過(guò)注塑機(jī)注塑成型預(yù)浸帶切粒也由注塑機(jī)注塑成型在注塑過(guò)程中玻維纖也發(fā)生斷裂。Bailey的研究表明[11]:柱塞式或螺桿式注塑機(jī)對(duì)玻纖的斷裂差別不明顯對(duì)于螺桿式注塑機(jī)背壓和注射速度對(duì)玻纖的斷裂存在影響背壓低、注射速度慢有利于制品中纖維長(zhǎng)度的提高。另外在注塑過(guò)程

12、中玻纖含量對(duì)玻纖斷裂的影響比較復(fù)雜短玻纖(SFT)和長(zhǎng)玻纖(LFT)增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂注塑后制品中玻纖長(zhǎng)度見(jiàn)表3。短玻纖增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂在擠出機(jī)混合過(guò)程中纖維被剪碎得到的粒料中纖維的長(zhǎng)度很小在注塑過(guò)程中纖維的長(zhǎng)度略有下降最終制品中的長(zhǎng)度在012～014mm范圍內(nèi)。通過(guò)優(yōu)化加工工藝和改善擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)玻纖長(zhǎng)度有一定程度的提高但始終不能超過(guò)1mm。預(yù)浸帶切粒在注塑過(guò)程中纖維長(zhǎng)度下降很多纖維長(zhǎng)度分布較寬制品中的纖維數(shù)均長(zhǎng)度在1～3mm范圍內(nèi)重均長(zhǎng)度