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《复合材料学报》为北京航空航天大学和中国复合材料学会主办的学术性科技期刊（双月刊，200 多页/期）。
长玻璃纤维增强粒料指的是纤维单向排布的粒料,其纤维长度与粒料长度相等,一般大于5mm。这个品种的复合材料粒料在我国还处于研制阶段,缺少商业牌号。国外的品种主要有ICI公司的Verton,Hoechst-Celanese公司的Celstran等。这种材料主要应用在力学性能比短切玻璃纤维粒料要求更高的场合,具有较重要的应用前景[1]。由于这种材料的纤维较长,给常规的注塑成型带来一定的困难,因此,研究其注塑成型工艺与性能的关系受到越来越多的重视[2]。
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。
