剪切作用下聚丙烯-玻璃纖維復(fù)合材料的形態(tài)控制與性能.pdf

1、為了使聚合物/纖維復(fù)合材料獲得優(yōu)良的力學(xué)性能，許多學(xué)者重點(diǎn)研究纖維的表面改性，使其與基體能夠更好地結(jié)合，而通過(guò)加工方法來(lái)改善結(jié)合作用的研究報(bào)道較少。在成型加工中采用特殊加工方法，通過(guò)剪切場(chǎng)的作用改變聚合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，從而改變其性能是目前國(guó)際上高分子科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。 本文的工作就是基于這個(gè)思路，采用特殊的成型加工方法控制復(fù)合體系的形態(tài)，以獲得預(yù)期的材料性能的目的。采用動(dòng)態(tài)保壓注射裝置(DPIM)，當(dāng)熔體注射進(jìn)入型腔后，兩端的

2、活塞推動(dòng)熔體在其中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直至熔體從表面到內(nèi)部完全冷卻固化為止。研究在加工中引入剪切作用后，聚丙烯/玻璃纖維復(fù)合體系中纖維的分散、取向，纖維與基體的結(jié)合情況以及結(jié)晶情況的變化。掃描電子顯微鏡、熱失重分析、紅外、原子力顯微鏡以及力學(xué)性能測(cè)試用于表征體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能。本論文的主要貢獻(xiàn)有： (1)加工中采用剪切力場(chǎng)，能夠使纖維在基體中均勻分散。無(wú)剪切作用的樣條，玻璃纖維在基體中的分散不均勻，而在動(dòng)態(tài)保壓過(guò)程中對(duì)熔體施加了剪切力后

3、，纖維均以單根均勻分散在基體中。剪切作用提高了纖維在基體中的均勻分散程度。 (2)動(dòng)態(tài)保壓過(guò)程中的剪切作用提高了聚丙烯/玻纖體系中纖維在基體中的取向程度。對(duì)體系作用剪切力場(chǎng)后，玻璃纖維在樣條的表面和中間平行流動(dòng)方向取向均明顯增強(qiáng)，只在最中心有少量取向不明顯的現(xiàn)象，說(shuō)明在注射冷卻過(guò)程中，施加剪切力提高了纖維在基體中的取向度；無(wú)剪切作用的樣條，玻璃纖維在樣條的最表面由于充模壓力較大，平行流動(dòng)方向取向，但樣條中部的玻璃纖維則取向無(wú)序。

4、 (3)剪切作用增強(qiáng)了纖維與基體的結(jié)合作用。經(jīng)過(guò)剪切作用后的樣條，纖維被基體包裹，與基體結(jié)合緊密，纖維拔出長(zhǎng)度較短，相比對(duì)應(yīng)的靜態(tài)樣條的結(jié)合作用更強(qiáng)。力學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果表明，通過(guò)剪切作用，拉伸模量明顯增強(qiáng)。剪切作用提高了基體與纖維的結(jié)合作用，從而提高了力學(xué)性能。 (4)加工過(guò)程中的剪切作用使玻璃纖維表面出現(xiàn)橫晶。通過(guò)剪切作用的樣條，刻蝕了非晶部分后，觀察到其中的玻璃纖維表面垂直生長(zhǎng)出柱狀的橫晶。說(shuō)明加工中的剪切作用能夠誘

5、導(dǎo)纖維表面的聚丙烯分子鏈產(chǎn)生足夠的取向，產(chǎn)生密集的成核點(diǎn)，聚丙烯在玻璃纖維表面結(jié)晶過(guò)程中受到限制，只能向—維方向生長(zhǎng)，從而形成環(huán)繞著玻璃纖維表面柱狀的橫晶。無(wú)剪切作用的樣條，纖維周圍和基體中都是生成球狀晶體。剪切作用能夠誘導(dǎo)橫晶的生成，橫晶能夠提高復(fù)合體系的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。 本論文的研究結(jié)果，特別是剪切可以提高基體與纖維的結(jié)合強(qiáng)度，以及在注射成型中獲得橫晶的重要發(fā)現(xiàn)，為聚合物共混復(fù)合材料的形態(tài)控制提供了新思路和新方法，對(duì)高性