纤维直径对短切玻纤增强PBT复合材料力学性能的影响研究

以短切玻璃纤维增强热塑性聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料(GF/PBT)为研究对象,采用金相显微镜、熔融指数测试仪、差示扫描量热仪(DSC)、力学测试技术、扫描电子显微镜(SEM)多种表征手段,对比研究了直径为10~15μm的玻璃纤维增强PBT复合材料在相同玻纤质量分数(30%)下的力学性能差异性。结果表明:随着玻纤直径变大,GF/PBT复合熔体熔融指数增加,熔体粘度下降,玻纤在复合材料中的保留长度提高;随着玻纤直径增大,复合材料中PBT的初始结晶温度逐步降低,使用直径较小的玻纤增强PBT其熔点相对较高;在纤维直径10~15μm范围内,GF/PBT复合材料的力学性能整体随着纤维直径增加而降低,其中10~11μm范围内性能较为接近,14~15μm范围内性能较为接近;直径较小的玻纤与树脂接触面大,在PBT树脂中分散性较好;随着纤维直径增加,玻纤在树脂中易于出现多根玻纤聚集,不利于复合材料的冲击性能。

短切玻纤增强尼龙6的缺口拉伸性能

研究了短切玻纤增强尼龙6(PA6/SGF)的缺口拉伸性能。结果表明,在实验速度范围(0.1～500mm/min)内,PA6/SGF的拉伸断裂功主要消耗在裂纹萌生过程。一旦裂纹源尺寸达到临界值,裂纹瞬间扩展。拉伸位移随着拉伸速度的增加而降低,最大力值随着拉伸速度的增加先提高后降低。当拉伸速度达到300mm/min后,最大力值和拉伸位移急剧下降导致拉伸断裂功大幅度下降。PA6/SGF的缺口拉伸断面主要分为裂纹萌生区及裂纹扩展区,基体的塑性变形主要集中在裂纹萌生区,剧烈的塑性变形可使基体上出现明显的孔洞。在裂纹扩展区,裂纹的快速扩展导致基体断面平坦,且由于SGF的阻碍作用,基体具有断裂分层现象。

聚丙烯/改性短切玻纤复合材料的制备及性能

采用低分子量聚丁烯(LMPB)对短切玻纤(SGF)进行表面包覆改性,然后分别采用SGF和改性SGF对聚丙烯(PP)基体进行填充改性,制备PP/SGF和PP/改性SGF复合材料,分析改性前后SGF含量对所制备的复合材料的加工性能、力学性能、热学性能和微观形貌的影响。结果表明,经LMPB改性的SGF在PP基体中的分散性及与PP基体的界面粘接作用均得到提高,且由于LMPB也可以充当PP基体的增塑剂,添加适量的改性SGF可以实现对PP基体的增强和增韧,同时减缓了复合材料加工性能的劣化,有效地提高了复合材料的维卡软化点温度。当改性SGF含量为10%时,PP/改性SGF复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度均达到最大值,分别为45.6 MPa和17.6 k J/m^(2)。

短切玻纤增强聚丙烯激光焊接性能的影响因素

对短切玻纤(GF)增强聚丙烯(PP)激光焊接性能的影响因素进行了研究,分别考察了焊接工艺、基体树脂、成核剂、短切GF及含量和色粉对GF增强PP透光率和焊接后的剪切应力的影响。结果表明,质量分数20%的GF增强PP较优的焊接工艺为焊接功率25 W、焊接速度20 mm/s;以均聚PP为基体时,GF增强PP的透光率为74.3%~75.5%,焊接后的剪切应力为770~915 N;以共聚PP为基体时,短切GF增强PP焊接后的透光率为56.1%~56.2%,剪切应力为1100~1200 N;随着短切GF含量的增加,短切GF增强PP焊接后的剪切应力呈先增加后降低的趋势,短切GF直径降低有利于短切GF增强PP焊接后的剪切应力和透光率的提升;成核剂的添加对短切GF增强PP的透光率和焊接后的剪切应力无明显影响;添加红色粉和黄色粉的短切GF增强PP均具有较高的透光率和焊接后的剪切应力,添加酞箐蓝和酞箐绿的短切GF增强PP的透光率和焊接后的剪切应力较低。

短切玻璃纤维增强PA6的缺口冲击性能

用仪器化冲击试验研究了玻璃纤维对短切玻纤增强PA6(SGF-PA6)悬臂梁缺口冲击性能的影响。一方面,纤维限制和约束了PA6基体的塑性变形,有降低复合材料冲击韧性的影响。另一方面,冲击断裂过程中的纤维/基体界面破坏和纤维拔出可吸收一部分能量(在断口分析中很少看到纤维的断裂,所以未考虑纤维断裂的影响),这有增加复合材料冲击韧性的影响。这两个因素共同影响SGF-PA6的缺口冲击性能。冲击曲线的最大力值与界面破坏和纤维拔出有关。试验结果显示,随着温度降低,SGF-PA6的缺口冲击性能降低。但在相同的低温条件下,SGF-PA6的缺口冲击韧性优于纯PA6,所以认为界面的破坏和纤维的拔出对SGF-PA6的低温冲击韧性有重要作用。

玻纤增强酚醛泡沫的制备及性能研究

为了研究玻璃纤维长度及含量对酚醛泡沫性能的影响,分别将微米级玻纤粉、3mm短切玻纤和6mm短切玻纤按照一定比例添加到酚醛泡沫体系中,利用Instron万能材料试验机,分别测试玻纤增强酚醛泡沫的压缩、拉伸强度,并利用扫描电镜观察酚醛泡沫的微观形貌。结果表明,添加了12%的3mm短切玻纤增强酚醛泡沫压缩性能最好,其压缩强度比纯酚醛泡沫增加了38%;添加了8%的6mm短切玻纤增强酚醛泡沫拉伸性能最好,其拉伸强度比纯酚醛泡沫增加47%;添加了12%的3mm短切玻纤增强酚醛泡沫的阻燃性能最好,其极限氧指数为44.1。

玻纤增强无卤阻燃聚丙烯的制备与性能研究

以聚磷酸铵(APP)和成炭剂为阻燃剂,纳米氧化锌为协效剂制备玻纤增强无卤阻燃聚丙烯,研究了纳米氧化锌、连续长玻纤以及短切玻纤对复合材料阻燃性能以及力学性能的影响。结果表明纳米氧化锌能显著提高复合材料的阻燃性能,添加量在0.8wt%时,阻燃级别可以达到UL-94 V0,短切玻纤的阻燃性能和力学性能优于连续玻纤。

复合材料汽车前地板后本体轻量化设计

对某新能源车型前地板后本体件进行轻量化设计,选用密度小、原材料成本低、成型效率高的短切玻纤热塑性复合材料(SGFRTP)替代原铝合金材料;结合性能要求、成型工艺和装配要求对前地板后本体件进行结构设计,通过加强筋合理布局提高结构件整体刚性;采用连续碳纤片材(CFRP)对主要承载区域进行补强设计,并结合连续纤维补强片成型特点对结构件局部结构进行二次优化。使用UG软件建模,导入HyperWorks中对前地板后本体典型工况进行分析。结果表明,以SGFRTP为基材辅以CFRP局部补强的复合材料前地板后本体结构设计满足性能和工艺要求,应力安全系数高于原铝合金地板,脚踩区与翻边过渡处的应力集中得到改善,同时减重10.37%,具有工程应用价值。

增强增韧尼龙6挤出工艺及纤维分散研究

使用双螺杆挤出机制备了增强增韧尼龙6，研究了不同挤出温度、螺杆转速对连续玻纤和短切玻纤增强材料力学性能的影响，使用统计法分析了材料中玻纤分散情况。结果表明，短切玻纤增强的力学材料性能高于连续玻纤增强材料。当螺杆转速为350r／min，挤出温度为240～260℃时材料的性能较佳。

复合材料汽车蓄电池托盘轻量化设计

蓄电池托盘是保障蓄电池安装可靠性的重要结构件,为实现轻量化设计,以某车型蓄电池托盘为原型,采用短切玻纤热塑性复合材料(FRTP)代替原钢质材料,从性能要求入手重新对托盘结构进行设计,根据成型工艺和安装要求对托盘结构进行优化。使用SolidWorks软件建模,并导入Hyper Works中对托盘典型工况进行仿真分析,结果表明,短切玻纤FRTP蓄电池托盘刚度和强度满足性能要求,应力安全系数优于钢质托盘,吊耳位置的应力集中得到了改善,蓄电池托盘设计安全可靠,同时质量较钢质材料托盘减重40.74%,实现了轻量化设计的目标。因此,蓄电池托盘采用短切玻纤FRTP具有工程应用价值。