復(fù)合材料作業(yè)

1、玻璃纖維增強熱塑性復(fù)合材料的增強方式玻璃纖維增強熱塑性復(fù)合材料的增強方式及纖維長度控制及纖維長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度對力學(xué)性能的影響玻璃纖維長度的表征方法擠出和注塑過程中玻璃纖維的斷裂并敘述了玻璃纖維增強熱塑性復(fù)合材料的進展提出了玻璃纖維增強熱塑性復(fù)合材料發(fā)展的方向。關(guān)鍵詞玻璃纖維纖維長度增強方式熱塑性復(fù)合材料ABS

2、TRACTInthispapertheeffectofglassfiberlengthonmechanicalpropertiesglassfiberlengthmeasurementfiberfractureinextrusioninjectionwerereviewed.Thedevelopmentofglassfiberreinfcementfashionwaspresentedalsotheperspectiveofglassf

3、iberreinfcedthermoplastics.KEYWDSGlassfiberfiberlengthenhancementpatternthermoplasticcompositematerial.1前言熱塑性樹脂經(jīng)玻璃纖維增強后強度、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%的熱塑性樹脂復(fù)合材料含有玻璃纖維。短玻纖增強是玻璃纖維增強熱塑性復(fù)合材料的主要增強方式加工工藝是擠出機混合造粒然后注塑成型在混合和注塑過程

4、中玻璃纖維逐漸被剪碎最終制品中纖維長度在012～014mm范圍[1]。纖維長度是決定纖維增強復(fù)合材料最主要的因素長纖維比短纖維具有更佳的增強效果為了提高制品中玻璃纖維的長度人們對玻纖增強熱塑性樹脂的混合以及制品成型工藝進行了大量的研究對加工過程中玻璃纖維的斷裂有了較深入的認(rèn)識但是玻璃纖維的長度卻始終被限制在1mm以內(nèi)。同時玻璃纖維的增強方式取得了兩大進步一是預(yù)浸帶工藝[24]即用樹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、長的顆粒用于注塑成型制品中的玻璃纖維長度大于1mm。二是GMT材料[56]玻璃纖維以長纖維或連續(xù)纖維氈的形式增強熱塑性樹脂GMT材料廣泛用于汽車零部件和結(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玻璃纖維長度對復(fù)合材料性能的影響纖維增強復(fù)合材料根據(jù)纖維的增強原理只有纖維長度在臨界長度以上時才能充分發(fā)揮纖維的增強作用。Thomason[7]采用GMT的造紙工藝分別將0109～12mm之間6種長度的

6、玻璃纖維與聚丙烯制成GMT片材研究了玻璃纖維長度對PPGF力學(xué)性能的影響纖維長度與增強效率之間的關(guān)系見表1。由表1可見隨長度的增加纖維的增強效率提高當(dāng)纖維長度超過12mm時纖維對復(fù)合材料各項性能的增強效果基本達(dá)到最佳。長纖維復(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、壓縮強度、彎曲強度、耐蠕變性。另一個顯著特點是沖擊強度成倍提高。纖維復(fù)合材料吸收沖擊強度的方式有三種[8]:纖維斷裂、纖維拔出、樹脂斷裂。纖維長度機中的混合過程Ch

7、ui和Shyu[19]用單螺桿擠出機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用單螺桿擠出機混合PS和玻纖玻纖含量(Vol)在1%～20%之間時玻纖含量對擠出粒料中的玻纖長度不存在明顯影響。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度與樹脂擠出混合玻纖的初始長度對最終粒料中纖維的長度影響很小。Gupta[20]等人將兩種30%(Wt)的玻纖增強PP粒料經(jīng)單螺桿擠出機第二遍混合一種粒料是短玻纖增強PP粒料中玻纖長度是015mm另一種是預(yù)浸帶切粒切粒中玻纖長度9mm。擠出機擠出后得到的粒料中玻纖長度分別為014mm和1mm。聚合物熔體粘度對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度明顯下降溫度升高熔體粘度下降玻纖長度增加。VonTurkovich和Erwin用312mm短切玻纖與PS通過單螺桿擠出機混合研究了玻纖在擠出機中的斷裂過程玻纖在螺桿各段的纖維長度見表2。從中看出玻纖的斷裂主要發(fā)生在擠出機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過程中對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是玻纖長徑比。Salinas和Pittman[22]用玻纖通過實驗證明了該公式的正確性。玻纖與樹脂粉末或者樹脂粒料經(jīng)單螺桿擠出機造粒后纖維的長度存在差別與粉末混合得到的玻纖長度大于與樹脂顆?；旌稀＿@是由于玻纖與顆?；旌显跀D出機熔融段樹脂還未完全熔融時螺桿的剪切力較高玻纖容易發(fā)生斷裂。將玻纖在樹脂熔

11、融后直接加入到熔體中這種玻纖進粒方式對玻纖長度影響不大這也是因為玻纖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但影響不大。短玻纖增強熱塑性樹脂經(jīng)擠出機造粒后通過注塑機注塑成型預(yù)浸帶切粒也由注塑機注塑成型在注塑過程中玻維纖也發(fā)生斷裂。Bailey的研究表明[11]:柱塞式或螺桿式注塑機對玻纖的斷裂差別不明顯對于螺桿式注塑機背壓和注射速度對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度的提高。另外在注塑過程

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