玻璃纤维的含量对复合材料的力学性能影响及表征研究

第２４卷第１期安徽工程科技学院学报

２００９年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＵｎｉ、ｒｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＳｃｉｅｎｃｅＶ０１．２４．Ｎｏ．１Ｍａｒ．．２００＠

文章编号：１６７２—２４７７（２００９）０１一００３７一０４

玻璃纤维的含量对复合材料

的力学性能影响及表征研究

赵华俊，毕松梅’，李建

（安徽工程科技学院安徽省纺织面料重点实验室．安徽芜湖２４１０００）

摘要：为研究不同质量分数的玻璃纤维对增强聚丙烯复合材料力学性能的影响．选择直径为１０／ｚｍ的玻璃纤

维制备复合材料小样．测试在不同质量分数时材料的拉伸强度、弯曲弹性模量等力学性能．并应用扫描电镜

（ＳＥＭ）对其微结构进行表征．结果表明：玻璃纤维质量分数对复合材料的取向分布有很大影响．随着玻璃纤

维质量分数增加．拉伸强度增大．但弯曲弹性模量、弯曲强度变化不明显．此外．随着质量分数的增加．复合材

料的脆性变大；ＳＥＭ分析表明复合材料中玻璃纤维有一定的取向且分布相对均匀．玻璃纤维和复合材料基体

结合良好．

关键词：玻璃纤维；复合材料；纤维含量；力学性能

中图分类号：ＴＱ３２７．１１文献标识码：Ａ

玻璃纤维增强复合材料强度高、质量轻，具有减震性、抗疲劳性、耐化学品腐蚀性等优点，并且具有优异的抗弹、降噪性能，而且是价格低廉．试验选择将玻璃纤维融合进聚丙稀中制成复合材料，提高了复合材料的性能，并拓宽了玻璃纤维应用范围，尤其是将其应用于汽车领域，更是拓展其应用范围的一种体现．在汽车中应用玻璃纤维及其复合材料，可以提高汽车用材料的力学性能，降低汽车零部件的制造成本，加快汽车的装配速度，减轻汽车的重量，节省燃料．随着汽车工业的迅速发展，对玻璃纤维及其复合材料的市场需求量将与日俱增，因此对玻璃纤维及其复合材料研究有很大的现实意义．

１实验部分

１．１实验用原材料与仪器设备

无碱玻璃纤维Ｅ（ＧＦ），实验用聚丙烯（ＰＰ），ＫＨ一５５０有机硅烷偶联剂．ＴＳＳＪ一２５同向双螺杆挤出机，ＬＪ一１０００型拉力试验机，ⅪＵ悬臂梁（缺１３３１）冲击试验机，Ｓ－－４８００场发射扫描电镜．

１．２制备的小样

制备的粒料小样为直径约３ｍｍ，长２～３ｍｍ的黑色粒状物，如图１所示．

图Ｉ聚丙烯复合材料粒料图片

１．３玻璃纤维长径比的选择

试验选用玻璃纤维直径为１０ｐｍ，制成复合材料中玻璃纤维平均长度０．４２ｍｍ．在一定纤维质量分数下，玻璃纤维增强复合材料中的纤维直径越细，其纤维比表面积越大，塑料基体应力传递给纤维的机会越

收稿日期：２００８—１０～１０

基金项目：安徽省重点科研项目计划基金资助项目（０６０２２００１）

作者简介：赵华俊（１９８３一）．男．安徽滁州人。讲师．硕士研究生．

通讯作者：毕松梅（１９５９一）．女。江苏溧水人．教授。硕导．

第１期赵华俊，等：玻璃纤维的含量对复合材料的力学性能影响疑表征研究?３９?

ＩｌｌｌｌｉｌｉｌｌｌｌｌｌｌｌｉｉｉｉｉｉｉｉｉＵｌｉｌｉＩｌＵｌＩＩＩＩｌｌｌｌｌｌＩｌｌ！

复合耪料的弯蘸弹歉模量番ｌ弯藏强度都随着质量分数愆增翻掰增大，僮变化幅度举大，交纯不骥显．这怒因为玻璃纤维的质缴分数是影响复合材料弯曲弹性模量和弯曲强度的一个因素，但除这一因索之外，影响复合材料力学性能的凶索还有很多，如玻璃纤维的墩向度，分散均匀性，以及纤维与基体之间的相互结合、穗互终溺。引，还包括王艺漉程酌控制等。

表４三种样晶在２０℃下的弯曲弹憔模置和弯曲獭度

样品编够弯曲弹性模量／Ｇ！’ａ弯霸强度／（ｋｇ?ｃｍ。２）样晶编号弯曲弹性模量／ＧＩ，ａ弯曲强度／（ｋｇ?ｃｍｑ）ｌ嚣４．５４４３３＃５．０４４９

２＃４．７４４７

（３）２０℃材料的冲击强度（悬臂梁缺羽）．冲击强度用于评价材料的抗冲击能力或判断材料的脆性朔铴住程度，因此淬击强度也可称力；孛壹翻健．本文在试验中使翊惫臂梁狰击试验撬对试样施加一次冲毒弯曲负荷，以试样破断时单位宽度所消耗的能量来衡量材料的冲击强度，即冲击韧性．表５中的实验数据裘明玻璃纤维质量分数在３０％＂－－４０％时，玻璃纤维增强复合材料的冲击强壤随玻璃纤维质量分数增加而明照降低，表瞬玻璃纾维增强聚两烯复合材料的脆性增大．这是内子玻璃纤维具有脆性大，柔软性差，不耐弯曲的特点．玻璃纤维在复合材料中以增强体存在，承受外米应力，它的特性通常就会表现为材料的特性．因此随着玻璃纤维质量分数的增多，玻璃纤缆增强复合材辩的赡性增大，表现为材料的韧性变蓑．

表５兰种祥品农２０℃下的冲击强度

样品编号冲击强Ｊ叟／（ｋＪ?ｍ－２）样品编号冲击强度／（ｋＪ?ｍ１）王＃１３３＃７。５

２＃８。４

２．２扫描电镜表征分析

图２是不羼覆黧分数的玻璃纤维增强聚嚣烯复舍材料在放大５０缓和１５０倍时约ＳＥＭ形貔图。ａ样品中发现气泡较多，这可能是程制备过程中气泡压缩不够理憨造成的，艇ａ样品中玻璃纤维清晰可觅，玻璃纤维与壤丙烯结含紧密，但玻璃纤维根数相对较稀少，而且墩向不是很明显，主要是凶为ａ样品中玻璃纡维的质趱分数最小．从ｂ样繇可以发褒，纾维宏观上更麴清磁，纾维豹取向瞧菲鬻的明显＋均匀性也舂大大的提高，结合先前的力学性熊试验结果，发现此时材料的综会力学性能最佳．观察ｃ样品则发现，单位黼积上的玻璃纤维根数更多，ｆｆＩｉ且分布均匀，但结合先前的试验则可以发现了综合力学性能相对ｂ样品有所下降，这童要是可能较蹇酌纤维凌量分数会使加工流动性下降，成型工艺变差。

鏊２举弱震重癸数瓣样品的ＳＥＭ形貔露

玻璃纤维作为增强体在复合材料中起增强作用，玻璃纤维在增强聚丙烯复合材料中有一定的取向度，且分布较均匀．玻璃纤维取ｌ句魔越好，所能承受的外力就越大；分布越均匀，承受外力的分布就越均匀．因此玻璃纤维在增强笈合材辩中有一定敢翔度且分布较均匀可以提高复会材料的力学侄麓，对复合毒｜料起