一般,在树脂中配以适量的强纤维,能使塑料的力学性能如冲击强度、杨氏模量、耐疲劳性、耐蠕变性、刚性等得到明显的提高,同时可使制品的尺寸稳定,收缩率降低,热变形减小。因此,纤维强的塑料制品己在许多工业部门得到应用。作为工程材料的短切玻纤强PA6由于其良好的机械性能和加工性能而被广泛的应用。玻纤强树脂的冲击性能作为一个重要的材料参数被广泛研究:(1)基体塑性变形和基体断裂的影响;(2)基体与纤维的界面破坏和纤维拔出的影响;(3)纤维断裂的影响。6研究了玻璃纤维对玻纤强PA6缺口冲击韧性的影响规律,但没有对此做出更详细的解释。本文用仪器化冲击试验研究了玻纤强PA6的缺口冲击性能,详细分析了冲击试验过程中力随时间的变化规律,并对试验结果进行了较为详细的讨论。本文还研究了温度对玻纤强PA6的冲击性能的影响。
表1试验样条的成分2结果与讨论2.1玻璃纤维含量对短切玻纤增强PA6缺口冲击曲线*大力值的影响在悬臂梁缺口冲击试验中,三种纤维含量的短切玻璃纤维增强PA6(简称为SGF―PA6)的缺口冲击曲线均表现为脆性断裂特征。外载荷在增加到*大值后迅速降低至样条完全断裂。因为冲击曲线上的*大力值是裂纹快速扩展的临界点,所以认为*大力值与裂纹源的形成有关,故与试样的拉伸强度有关。显示玻纤增强PA6的拉伸强度随玻璃纤维含量的增加而增加,所以*大力值随玻璃纤维含量的增加而增加(如所示)。显示玻纤增强PA6的断裂伸长率随玻璃纤维含量的增加而减少,所以玻纤增强PA6的基体塑性变形能力随玻纤含量的增加而减少。
2.2玻璃纤维含量对短切玻纤增强PA6缺口冲击性能的影响纯PA6由于其良好的塑性变形能力而具有优良的无缺口冲击性能,但在悬臂梁缺口冲击试验条件下,缺口引起的应力集中使得局部应变速度急剧增加,导致裂纹源快速形成并迅速扩展,断裂过程只伴随了较少的塑性变形,所以PA6的缺口冲击韧性低。
当在PA6基体里添加短切玻璃纤维后,一方面,纤维限制和约束了PA6基体的塑性变形,基体通过塑性变形消耗能量的能力降低,这个变化有降低SGF―PA6)。20%玻璃纤维对复合材料冲击性能的增加作用超过降低作用,所以20%玻纤增强PA6的冲击性相对于纯PA6有所增加。当纤维含量为35 %时,它的*大力值比纯PA6增加得更多,纤维对复合材料冲击性能的增加作用明显超过降低作用,所以35%―PA6的冲击性相对于纯PA6提高了近一倍左右。
显示,玻纤含量为10%和20%的短切玻纤增强PA6的缺口冲击样条有比较明显的裂纹源核心区,但当纤维含量达到35%时,断面裂纹源核心区的特征不明显,只在缺口附近观察到高低差异较大的微观断裂小平台,这可能与纤维在基体中形成的应力场有关。
d.短切玻璃纤维含量(10%)500Xe短切玻璃纤维含量(20%)500Xf.短切玻璃纤维含量(35% 2.3温度对短切玻纤增强PA6缺口冲击性能的影响显示随着温度降低,35%玻纤含量的SGF―PA6的抗拉强度增加,所以其*大力值也随温度的降低而增加(如所示)。显示随着温度的降低,材料的脆性增力加所以材料的冲击性也降低。但在相同的低温条件下mnSaGIeA6的缺口冲性明显优于纯gPA6,所以认为在低温条件下h界面的破坏和纤维的拔出对SGFPA6的缺口冲击韧性有重要作用。
3结论玻璃纤维对短切玻纤增强PA6复合材料的缺口冲击性能有两方面的影响。一方面,纤维限制和约束了PA6基体塑性变形,基体在冲击过程中通过塑性变形吸收的能量减少,这个变化有降低实验样条缺口冲击韧性的影响。另一方面,玻璃纤维加入到PA6基体里后,形成了纤维/基体界面。冲击过程中的界面破坏和纤维拔出消耗的能量有提高实验样条的缺口冲击韧性的影响(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)这两个方面的作用共同影响了玻璃纤维增强PA6复合材料的缺口冲击性能。*大力值与冲击过程中的界面破坏和纤维拔出有关。
玻纤含量对裂纹源的形态有明显影响。10%和20%玻纤含量的SGF―PA6有着较为明显的裂纹源核心形貌。但当玻纤含量增加到磁时,缺口冲击断面上厉源核心形貌明显:只在缺口附近观察到高低差异较大的微观断裂小平台。
随着温度降低,短切玻璃纤维增强PA6复合材料的缺口冲击韧性也降低,但在相同的低温条件下,短切玻璃纤维增强PA6复合材料的缺口冲击韧性优于纯PA6所以认为在低温条件下,界面的破坏和纤维的拔出对SGF―PA6D的缺口冲击韧性有重要作用。