超高分子量聚乙烯-短玻璃纤维复合材料力学特性和断裂….pdf

V o 1 1 3 高分子材料科学与工程 1 9 9 7 年 7月P OL YME R I C MA T E RI A l S S CI E NC E AN D E N GI NE E RI N G No 4 J u L 1 9 9 7 超高分子量聚乙烯 短玻璃纤维复合材料 G、力学特性和断裂形态分析儆 f 7 7 史铁军 冯建平 谭晓霞 捐 耍 用辊压和模塑方法加工了超高分子量囊己烯 短玻璃井堆(S GF)复合材料，研宽了 它的拉抻和冲击性健旺盛断摹形态和方文 蛄果袁明 拉伸时U H M W P E具有明显的屈屐主彤和塑 性流动 置合材料拉仲叠度随玻璃井堆奋量坩加而变太 而冲击强度的变化捌相反 拉伸和缺口冲 击断摹是 两种不同方式进行的，拉抻是 如衄断摹 而冲击捌是 新摹断摹。关 t 词 里 竺 三 兰 至 筮 一兰 鱼 ，拉 仲 !塾冲 击 断 裂 宓 ；超高分子量聚乙烯(I】HMwP E)是具有优异的耐冲击、耐磨耗、自润滑和耐低温特性的工 程塑料 由于其分子量掇高，熔体弹性很大，分散和混合特性不好 给加工成型带来很大的困 难，一般不能用通用方法加工超高分子量聚乙烯材料和制品。有关 I】H MwP E的研究报导 多 数集中在其结晶形态和用各种特殊加工方法使其成为高横量和高强度的纤维研究方面0 。7 0年代，Wa r d 等【4 开创性地用 周相挤出 方法得到模量为 7 0G P a的超高分子量 P E，是这方 面工作的代表。类似的挤 出 拉伸研究 目前仍然很多。但是，有关 U H MWP E复台材料的研究却 很少涉及。热塑性高分子 纤维复合材料由于可以反复加工，具有广泛的应用前景 本研究用 特殊的辊压和模塑方法 5 I 备了U H MWr E s G F 复台材料，研究了复台材料的力学性能和断裂 形态，发现 U H MWP E s G F复合材料拉伸和冲击(缺口)断裂是以两种不同的方式进行的。1 实验部分 1 1 材料 I】H M wP E：上海化工研究院有机所产品，其分子量约3 0 0万左右。S G F：南京玻璃纤维研究 院产品，直径约 1 0 1 3呻1，长为 5 6 m rn 混合前用硅烷偶联剂湿法处理。1 2 复台材料力学性能测试 复台材料拉伸力学性能测试，按标准 G B 1 0 4 0-7 9在电子万能材料试验机 D C S-5 0 0 0上进 中国科学院结掏分折开放宴羞室课题收囊日 期t l 9 9 5 0 6 0 3 、维普资讯 http:/ 高分子材料科学与工程 行。冲击强度测试按标准 G B 1 8 4 3-8 0在 U J 一 4 I z o d冲击试验机上进行。1 3 复合材料拉伸和冲击断裂形态 将复合材料断 口在真空下镀膜，然后在 X 一 6 5 0扫描电镜上观察断 1：3 形态，并照相。加速电 压为 2 5 k V。2 结果与讨论 2 1 复台材料力学性能 按 1 2节的标准测试，1】H MwP E的力学性 能为拉伸强度：2 3 6 k g c m ，冲击强度：未拉断，弹性 模量：4 6 8 8 k g t c m ，伸 长率：6 7 9 2 。F i g、l 为其拉伸曲线。由此可以看出，U H MWP E 具有极高的冲击性能，拉伸时有明显的屈服变 E()F 喀 1 s t r s g e o f U H MWP E 形和塑性流动。处于 以下的非晶态高分子，或在 以下的结晶高分子皆具有塑性屈服特 性。由于高分子材料具有粘弹性，所以它的屈服微观机制与金属材料完全不同。一般认为结晶 高分子的片晶之间的滑移造成了屈服塑性流动。而 u删P E的屈服行为不但有片晶之间滑 移的影响，而且有类串晶之间滑移的影响啪。T a b,l Me c h a n i c a l p e o f U i I MWP E S G F 蛔 T a b 1为 U H MWP E S G F复合材料的力学 性能，F i g,2为其拉伸曲线。从 T a b 1和 F i g、2 中可以看 出，经过玻璃纤维复合的 U H MWP E 拉伸强度和弹性模量均有较大的提高，但冲击 强度和伸长率却有较大程度降低，虽然如此，复 合材料依然处在耐冲击范围。复合材料随玻璃 纤维含量增加，屈服塑性流动逐渐变小，这是由 于玻璃纤维含量增加，两相界面的作用力逐渐 增加，限制 了 U H MWP E片晶和类串晶的滑移 所致。2、2 复台材料断裂形态 F i g,3(a)、F i g,3(b)和 F i g 4(a)、F i g 4(b)为 U H MWP E S C-F复合材料拉伸断 口电镜 照片；F i g 2 S b 翳 s t r a in c u r v e s o f U H MWP E S GF c o mp o s i t e s E S GF 1：1 o 0 1 0；0：1 o o 2 0；3；1 0 0 3 0 维普资讯 http:/ 第 4 期 史镘军等：超高分子量聚己烯 短玻璃纤维复合材料力学特性和断裂形态分析 7 l F i g 5(a)、F i g 5(b)和 F i g 6(a)、F i g 6(b)为复合材料冲击断口电镜照片。F i g 3$e mml a g e l e c t r o nml e r o o ft e lt U i kt r i te 1 u t e 0 f S C 1 F l 0 0 2 0)*m ms t t n 4 S e a ma l n g e kc t mmi c mg r a l 0 r 啊蚰ef r a c t u r eof S GF(1 0 0 3 0)e a mp o t t e 一目一冒 参 考 文 献 P e r k i nW GP o mr R J Ma t e r S c i ，1 9 7 7，1 2：2 3 5 5 S m i t h P m s t r a P J J Ma t e r：S c i ，1 9 8 0，1 5：5 0 5 醇 DM-F 4 x i nM M，F i o r e n fi me R J，e t a 1 J A 印I P o l y m S c i，1 9 8 1，2 6：3 9 5 Wa r dI M J Ma t e r S c i ，1 9 7 4，9：1 1 9 3 史铁军(S h i l l e j u n)，冯建平(F e n g J i a n n g)，谭晓霞(T a n X i a o x i a)高分子材料科学与工程(P o t y 腓t i c Ma t e r i a l sS c i e n c e E n g i n e e r i n g)，1 9 9 7(1)：1 1 4 吕锝慧(X i c i)高分子材料强度-E J$(s h a n d F r a c t u r e o f P o l y m e r Ma t e r ia l s)四川教育出版社 l 2 3 4 5 6 维普资讯 http:/ 高分子材辑科学与工程 1 9 9 7 年 (o h u a n F Au c a n o n P r e s s)，1 9 8 8：2 9 2，2 9 4 ME C HANI C ALP R O P E R TI E SAND F RA Cn】REMORP HO L O GY O F U L T R A H I G H M O OR WE I G H T P O L Y E T H Y L E N E S HORTGL S S聊脚Oo I I 皿 s S h i n e j u n (C o fO m i c a l 厨曲 强崩 U n i v e r s yo f c D f，回 -e f d)F n g J i a n p i n g (S t r u c t t r e R e s e a r c hL a b o r a t o r y，U n i ,s i t y o fS c i e n c e a n d T e c m o o g o fC h n a+H e f e )T a n Xi a o x i a (H e f e i I n s t i t*o fC e r g r a l C a d R e s e a r c hI r a t l t e)l RAC Ut r a-l d g h m o l e c u l a r w e i g h t p o l y e t h y l e n e s h o r t a f i b r e(U H MWP E S G F)c o m l x mt e a 1 e p r e p a r e d wi t h mi l l i n g a n d mo l d i n g T e n s h p r o p e r ti e s，i mp a c t s t g t h，f r a c t u r e mo r p h o l o g y a n d f r a c t u r e wa y s o f t h e c o mp o s i t e fl tr e s t u d i e d l e r e s u I 忸 s h o w UHMWP E h a s o b v i o u s l y i e l d d e f o r ma t i o n a n d p L a c f l o w，t e n s i l e a 1 n g t h o f t h e e O l l t e i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g o f S G F c o n t e n t s a n d i mp a c t s t r e n g t h o f t h e e o m t i e d e c r e a s wi t h i n c r e a s i n g o f 9 GF c o n t e n t sT h e r e a r e n m wa y s 0 f f r a c t u r e f o r t e n s i l e a n d i mp a c t o f t h e c o mp o a i e*T e n s i l e f r a c t u r e i s s e c o n d a r y f r a c t u r e a n d i mp a c t f r a c t u r e i s t e a r f r a c t u r e K e y wo n t s L I-t MWP E c c a n l x i t e，t e n si l e f r a c t u r e，i mp a c t f r a c t u r e 维普资讯 http:/