短切玻纤增强杂萘联苯聚醚砜共混树脂基复合材料的力学.pdf

《短切玻纤增强杂萘联苯聚醚砜共混树脂基复合材料的力学.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《短切玻纤增强杂萘联苯聚醚砜共混树脂基复合材料的力学.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第 2 5 卷第 7期 2 0 0 9年 7月 高分子材料科学与工程 P OLYM E R MATERI AL S S CI ENC E AND ENGI NEERI NG Vo 1 2 5 No 7 J u 1 2 0 0 9 短切玻纤增强杂萘联苯聚醚砜共混树脂基 复合材料的力学性能 顾铁生 ，廖功雄 一，王锦艳，一，徐亚娟 ，蹇锡高，2 (1 大连理工大学高分子材料系；2 辽宁省高性能树脂工程技术中心，辽宁 大连 1 1 6 0 1 2)摘要：在考察并优化不同基体树脂配方情况下，采用熔融混合的方式制备 了不同含量的短切玻璃纤维增强二氮杂萘联苯 聚芳醚(P P B E S)聚醚醚酮(P E

2、E I()复合材料。并对复合材料不同温度下的力学性能进行了研 究。玻璃纤维增强后，体系的拉伸强度大幅提高，其中3 0 玻璃纤维增强复合材料在 1 5 0的拉伸强度稳定在 9 1 MP a，具有优异的高温力学 性能。扫描电子显微镜(s E M)照片表明复合材料 中玻璃纤维和基体有较强的相互作用。关键词：聚芳醚砜；聚醚醚酮；玻璃纤维；复合材料；力学性能 中图分类号：O 6 3 1 2 1 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 0 7 5 5 5(2 0 0 9)0 7 0 0 9 4 0 3 高性能热塑性树脂基复合材料具有良好的韧性和 抗湿热性能，成 型方法多、工艺简单、可多次加 工 1，克服了热

3、固性树脂基复合材料韧性差的缺点，在汽车 工业、航空航天等领域越来越受到重视。对于运行在 高温环境 中的零部件，材料不但应具有优异的力学性 能还应具有优异的耐高温性能，因此开发优异高温力 学性能的复合材料具有重要的意义。含二氮杂萘酮联苯结构的共聚醚砜(P P B E S)l 1 J 是 一类具有优异耐热性 能的新型高性能热塑性树脂，其 玻璃化温度在 2 5 0-3 0 0之间，熔体黏度较高，纤 维增强复合材料的熔体黏度更大，较难进行挤出和注 塑成型，而采用与流动性能好的聚合物共混可有效降 低该类树脂 的熔融性能 3 J。为此，本文首先采用与 综合性能优异且熔体流动性好的聚醚醚酮(P E E K)

4、共?昆 来改善 P P B E S的熔融加工性，并进而研究其短切玻 璃纤维增强复合材料在室温和 1 5 0的力学性能。1 实验部分 1 1 主要原料 P P B E S 粉料：特性黏度 0 4 6 d L g(2 5，氯仿溶 液)，大 连 宝 力 摩 新 材 料 有 限公 司；P E E K 粒 料：V ic t r e x 4 5 0，英国 I C I 公司；玻璃纤维(G F)：中材科技 股份有限公司 HS 4，2 4 0 0 t e x。1 2 共混物制备 将 P P B E S粉料和 P E E K粒料在烘箱中 1 5 0烘 干 4 h。烘干后，P P B E S粉料和 P E E K粒

5、料以不同比 例在高速混合器 中初混，再加入 同向双螺杆挤 出机进 行熔融共混挤出，造粒。然后对共混物进行玻纤增强 熔融共混挤 出，造粒。记录挤 出过程中稳定的电流与 口模压力。挤出粒料注射成型，备用测试。1 3 力学性能测试 注塑样条放置 2 4 h 后，在 MTS Ne w8 1 0电液伺服 万能试验机(美 国 MT S公 司)上参 照 G B r 1 4 4 7 2 0 0 5 进行拉伸性能(室温和 1 5 0)测试。1 4 扫描 电镜(S E M)分析 注塑样条拉伸脆断后，断面喷金处理，在 K Y KY 2 8 0 0 B(中国科学院仪器厂)扫描电镜(S E M)上观察。2 结果与讨论

6、2 1 P E E K含量对共混物加工流动性的影响 熔体黏度(叩)及挤出压力(p)与通过模12 1 的挤出 速率(Q)有如下关系(引。Q Kxpi t I (1)式中：K模腔对流体的作用常数；融体挤出 时出口压力；熔体黏度。熔融共混挤出时，螺杆 转速和加料速度一定，挤出速率(Q)应为常数，因此机 收稿 日期：2 0 0 9-0 3 1 l 基金项 目：国家 8 6 3计划(2 0 0 3 AA 3 3 g 0 3 0)通讯联系人：蹇锡高，主要从事高性能树脂合成及应用研究，E-m a il：j i a n 4 6 1 6 d 1 t2 n 第 7 期 顾铁生等：短切玻纤增强杂萘联苯聚醚砜共混树脂

7、基复合材料的力学性能 头压力(P)与熔体黏度(77)呈正比关系，通过检测机头 压力大小可间接得出聚合物熔融流变性能。共混物熔 体黏度与螺杆扭矩大小有直接的关系，共混物熔体黏 度增大，需要 的剪切作用力增大，需要消耗更多的功，随之螺杆的扭矩增大，挤出机的电流随之变大。Ta b 1列出了 P P B I E E K共混物挤 出稳定后 的电流与口模压力。实验数据表明，少量的P E E K加 入后可有效降低(如 3 O 质量 分数)挤 出机电流与 口 模压力，即有效降低了共混物熔体黏度。可能的原因 是共混物熔体形成“软包硬”的结构，少量的P E E K亦 可包裹 P P B E S，从而有效地降低共混

8、物熔体黏度【5 J5。Ta b1 The c u r r e nt a n d e xi t me l t p r e s s u r e o f t he e x t r u s i o n f o r P P BE S 1 K b l e n d s s c r e w s p e e d：1 0 0 r rai n；f e e d s p e e d：1 0 r mi n F i g 1 Ef f e c t o f d i f f e r e n t c o n t e nt o f P EEK o n t h e t e n s i le s t r e n g t h o fPP

9、BES P EEK b l e n d s 2 2 P E E K含量对 P P B E S P E E K共混物拉伸性能的 影响 本文对不 同 P E E K含量 的共混物的拉伸性 能进 行了研究，结果如 F i g 1 所示。从 F i g 1 可见，共混物 的常温拉伸性能随 P E E K加入量增加没有明显变化，但是在 1 5 0时，共混物的拉伸性能随 P E E K含量的 增加而下降。综合考虑共 昆 物的熔体挤出情况和基体 拉伸性能的变化，本文采用 P P B E S P E E K(7 0 3 0)作 为基体进行了玻纤增强改性研究。2 3 扫描电子显微镜(S E M)观察 复合材料基

10、体 的黏度、纤维在基体 中的排序、纤 维、树脂基体和界面作用力对材料的力学性能都起着 关键的作用。本文借助扫描电镜(S E M)对玻璃纤维 增强 P P B E S P E E K树脂基复合材料的拉伸断面进行 了观察和分析。F ig 2 为 G F PP B E S PE E K复合材料 挤出注塑试样的拉伸样条的断口形貌。从图中可以看 出，纤维均匀地分布在树脂基体中，在基体流动方向也 有很好 的排序。F i g 2 a和 F i g 2 b显示 了不同的纤维 含量对复合材料基体和纤维的界面粘附的影响。3 0 纤维增强材料的基体与纤维表面结合要好于 2 0 纤 维增强材料，所以适当的基体黏度有利

11、于共混基体对 玻纤的浸润，能提高基体与纤维表面结合力，使玻纤的 增强效果充分显示出来。相反，当基体黏度较小时，随 着外力的增大，纤维易从基体中拔 出，使复合材料从树 脂基体与玻纤的界面处遭到破坏。3 0 G F P P B E S P E E K复合材料破坏断面大部分为脆性断裂，玻纤的 拔出部分特别短且根部与树脂粘接非常完整，这说明 复合材料在受力时，树脂基体有效地将应力均匀传递 给玻璃纤维，使更多玻璃纤维承载应力。在破坏时树 脂 和纤维问产生 了很强 的剪切作用，吸收了更多的能 量。2 O 2 5 3 O 3 5 Gl a s s fib e r ma s s f r a c t i o n

12、()F i g 2 S E M mi c r o g r a p h s o f t e n s i l e f r a c t u r e s u r f a c e o f fl a s s fib e r rei nf o r c e d PP BES P E1E K c o mp o t e s 8 1 20 f i b e r c o n t e n t；b：3 0 f i b e r c o n t e n t 2 4 玻纤含量对 P P B E S P E E K拉伸性能的影响 材料的轻量化和小型化，使其散热和耐热成为需 要解决的关键问题。在许多实际应用中需要材料在高 温下承受载

13、荷，所以材料不仅要有好的力学性能，还要 具备耐高温性。为了满足材料应用需要，本文研究了 玻璃纤维增强 P P B E S P E E K复合材料在常温和 1 5 0 的拉伸性能。F ig 3为 G F P P B E S PE E K复合材料在常温和 1 5 0(2 的拉伸性能曲线。从实验数据可以看出，随着纤 维含量的增加，复合材料的拉伸强度逐渐增加，在玻纤 含量达到 3 0 后，复合材料的拉伸强度无论是常温还 是 1 5 0约为注塑级 P P B E S PE E K共混物的 1 8 倍，说 明玻璃纤维的加入使 P P B E S PE E K的力学性能得 高分子材料科学与工程 2 0 0

14、9 矩 到了很大提高。ri g 3 Te n s i l e s t r e n g t h o f d i f f e r e n t c o n t e n t o f a S s fib e r r e i n f o r c e d P PBE S PE EK c o mp o s i t e s 在室温情况下，玻纤增强 P P B E S P E E K 复合材 料的拉伸强度出现先升高后下降的趋势。复合材料受 力时，材料的断裂首先从基体破坏开始，应力通过基体 树脂传递到玻璃纤维得以分散，产生的裂纹迅速扩展 到纤维表面，遇到高模量的纤维，改变了材料破坏时裂 纹扩展的路径，使基体因缺陷或

15、纤维端部应力集 中而 产生的微裂纹扩展到纤维时钝化，增强了纤维的界面 脱粘和拔出难度。在一定的外部载荷下，纤维的拉断 和拔出消耗了几乎全部 的断裂能，提高了复合材料 的 拉伸强度和剪切强度，复合材料力学性能呈上升趋势。因此基体中纤维与纤维的距离和排布对基体获得优异 的力学性能具有关键的作用(如 F i g 2 b所示)。玻纤 含量较少时，富集的基体面积较大，没有与纤维达成一 定程度的网状结构承载力度，所以对复合材料强度的 提高较小。在基体 中的纤维含量在 3 0(质量)时，适 合的基体黏度使纤维能更好地分布在基体 中，其复合 材料的拉伸强度达到极大值。纤维含量大于 3 0 后，材料的拉伸强度呈

16、下降趋势。一方面随着纤维含量的 增加，复合材料熔融黏度加大，纤维被过度剪切，在基 体中存在大量的纤维端部，内应力集中点增多。另一 方面过量的纤维增加 了纤维 团聚的可能，纤维不能很 好被树脂浸润与包覆，界面结合力下降，最终导致复 合材料的力学性能呈下降趋势。与室温拉伸情况不同，1 5 0时玻纤增强复合材 料的拉伸强度一直呈上升趋势。当体系中玻纤含量达 到 3 0 时，P P B E S P E E K玻纤增强复合材料的拉伸 强度达到了 9 1 MV a，充分体现了基体极好的延展性和 玻纤增强 P P B E S P E E K复合材料的耐高温性能。当 玻纤含量达到 3 0 后，复合材料的拉伸强

17、度上升趋势 开始趋缓，主要因为缺陷增多起了主导的作用。随着 玻纤含量的增加，成型加工对玻纤的损伤较大，玻纤在 基体 中端部过多导致缺陷增多，影响玻纤增强效 果 6 _。3结论 研究了高性能 P P B E S P E E K玻纤增强复合材料 的加工性能和拉伸力学性能，实验结果表明，P E E K的 加 入 可 有 效 改 善 P P B E S的加 工 流 动 性。玻 纤 与 P P B E S P E E K基体间有较强的界面作用力。3 0 玻 纤增强 P P B E S P E E K复合材料在 1 5 0拉伸强度可 达 9 1 MP a，表现 出优异 的高温力学 性能，因此 G F P

18、P B E S P E E K复合材料在汽车工业、航空航天等领域 具有巨大的应用前景。参考文献：1 张源 新共聚醚砜的合成及性能研究 D 大连：大连理工大学，2 0 0 7 2 ME N GYZ，T J O N GS C，H A YAS Mo r p h o l o g y，r h e o l o g i e a l a n d t h e r ma l p r o p e r t i e s o f t h e me l t b l e n d s o f p o l y(p h t h a l a z in o n e e t h e r k e t o n e s u l f o n e

19、)wit h l iq u i d c r y s t a l l in e c o p o ly es J P o l y me r，1 9 9 8，3 9(1 0)：l 8 4 5 1 8 5 0 3 NAN DA N B，KA ND P A LLD，M 咖 G NP ul y e t h e r e t h e r k e t o n e p o l y a r y l e t h e r s u l f o n e b l e n d s：t h e r ma l a n d c o mp a t i b i l i t y pee t s J J P o l ym S c i ：P

20、a r t B，2 0 0 2，4 0：1 4 0 7 1 4 2 4 4 R A MI R O J，E G U I J I，N A Z A B A L J，S y n e r g i s t i c me c h a n i c a l b e h a v i o u r a n d imp mv p r o c e s s a b i l it y o f p o l y(e t h e r i m；d e)b y b l e n d in g w i t h y(t r ime t h y l e n e t e r e p h t h a la t e)J Po l ym Ad vTe

21、 c h n o1 ，2 0 03，1 4：1 2 9 1 3 6 5 J OR D HAMO G M，MA NS D N J A，S P E R L I N G L HP h a s e c o n t i n u i ty a nd i n v e r s io n i n p o l ym e r h l an ds and s imu l t ane o u s i n t e r p e n e t r a t i n g n e t w o r k s J P o l y m E n g S c i ，1 9 8 6，2 6：5 1 7 5 2 4 6 崔益华，B A H MA N

22、N，S T E P H E N L，等 玻璃纤维 木塑混杂复 合材料及其协同增强效应 J 高分子材料科学与工程，2 0 0 6。2 2(3)：2 3 1-2 3 4 CUI Y H，B AHMAN N，S TEP HE N L，a 1 Gl a s s fi b e r wo o d p l a s t i c h y b r i d c o mp o s i t e s and t h e i r s y n e r g i s t i c r e i n f o r c i n g d f e c t s J P o l ym Ma t e r S c i&E ng ，2 0 0 6，2

23、2(3)：2 3 1 2 3 4 (下转第 1 0 0 页。t o b e c o n t i n u e d 0 n P 1 0 0)l o o 高分子材料科学与工程 2 O 0 9 年 8 刘志刚，王志伟 塑料包装材料化学物向食品迁移的模型研究进 展 J 高分子材料科学与工程，2 0 0 7，2 3(5)：1 9 2 3 LI U Z GWANG Z WS t u d y o n ma the ma t i c a l mo d e l f o r p r e d i c t i n g m i g r a t i o n 0 c h e m i c a l s u b s t a n c

24、 e s f mrn p l a s t i c p a c 1 a m a t e r i a l s J P o l y mMa t e r S c i E ng ，2 0 0 7，2 3(5)：1 9 2 3 9 黄秀玲，王志伟 食品用聚烯烃的自由体积对迁移物扩散系数的 影响 J 高分子材料科学与工程，2 0 0 8，2 4(4)：1 9 2 2 HUANG X L W ANG Z W Ef f e c t o f f r e e v o h a n e i n p o l y o l e f ins O n d i f f u s io n me f f i c i e m o f m

25、 i g r a t o r y s u bst a n c e s J P d y m Ma t e r S e i&E n g ，2 0 0 8，2 4(4)：1 9 2 2 M i g r a t i o n Be ha v i o r o f UV I nk Ph o t o-I n i t i a t o r s f r o m Pa p e r Th r o u g h PE Co a t i n g i nt o Fo o d S i mu l a n t s HUANG Xi u-l i n g W ANG Z h i we i ，(1 D e p a r t m e n t

26、o fP a c k a g i n g E n g i n e e r i n g，J i a n g n a n U n i v e r s i t y，Wu x i 2 1 4 1 2 2，C h i n a；2P a c k a g i n g E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e，j i n a n Un i v e r s i t y，Z h u h a i 5 1 9 0 7 0，Ch i n a)A B S T R A C T：Mi g r a t i o n b e h a v i o r o f u l t r a v i o l

27、e t(UV)i n k p h o t o-i n i t i a t o r s f r o m P E c o a t i n g p a p e r 4 0 1 5 a n d 4 0 2 5 i n t o f o o d s i mu l a n t s we r e s t u d i e d u n d e r d i f f e r e n t t e s t c o n d i t i o n s Th e p h o t o-i n i t i a t o r s t e s t e d we r e 1 一 h y d r o x y c y c l o h e x y

28、 l 一 1 p h e n y l k e t o n e(1 8 4)a n d ben z y l d i me t h y l k e t a l(6 5 1)Th e v a r i o u s t e s t con d i t i o n s i n c l u d e d c o n t a mi n a n t s mi g r a t i o n a t 2 0 4 O and 6 0 f o r a q u e o u s s i mu l a n t 1 0 e t h a n o l and a l t e r n a t i v e f a t s i mu l a

29、nt 9 5 e t h ano l a n d i s o o c t ane e e f f e c t s o f t e mp e r a t u r e，mo l e c u l a r s t r u c t u r e o f co n t am i n an t s，s we l l i n g，a n d t h i c k n e s s e s o f P E c o a t i n g o n mi gra t i o n o f s u b s t a n c es f rom p a p e r t h r o u g h P E c o a t i n g we

30、r e d i s c u s s e d I n a d d i t i o n，e f f e c t f a c t o r s we r e e x p l a i n ed f r o m mi c r o c o s mi c v i e w Ke y wo r d s：p a p e r an d p l a s t i c p a c k a g i n g；mi gra t i o n；p h o t o-i n i t i a t o r；f o o d s i mu l a n t；P E c o a t i n g (上接第 9 6页。c o n t i n u e d

31、f r o m P 9 6)M e c h a n i c a l Pr o pe r t i e s o f PPBES PEEK Co mp o s i t e s Re i n f o r c e d b y S ho r t Gl a s s Fi b e r G U Ti e-s h e n g ，L I AO G o n g-x i o n g ，一，WAN G J i n-y an 一，X U Ya-j u a n ，BAN Xi g a o ，(J Depar t me n t of P o l y me r S c i e n c e，D a l i a n U n i v

32、e r s i t y of T e c h n o l o g y；2 L i a o n i n g Re s e a r c h C e n t e r of ma n c e Re s i n E n g i n e e r i n g a n d t e c h n o l o g y，Da l i a n 1 1 6 0 1 2，Ch i na)A B s 1 A c T：f t e r d e t e r mi n i n g t h e b l e n d ma t r i x comp o s i t i o n，t h e copol y(e t h e r s u l f

33、 o n e)con t a i n i n g p h t h a l a z i n o n e and b i p h e n y l mo i e t y(P P B E S)and pol y(e t h e r e t h e r k e t o n e)(P E E K)b l e n d r e i n f o r c ed b y d i f f e r e n t c o mp o s i t i o n s h o r t g l a s s f i ber we r e p r e p ared v i a me l t mi x i n g Th e e f f e

34、c t o f g l a s s f i ber con t e n t i n comp o s i t e o n me c h ani c a l p r o p e r t i es o f t h e comp o s i t e Was o b s e r v ed a t r o o m t e mp e r a t u r e a n d 1 5 0 r esp e c t i v e l y Ad d i n g s h o r t g l a s s f i b e r r e s u l t s i n t h e i n c r e a s e o f t e n s

35、 i l e s t r e n g t h and fl e x u r a l s t r e n gth o f t h e comp o s i t es a n d e x c e l l e n t t e n s i l e s t r e n gth a t e l e v a t ed t e mp e r a t u r esTh e c o mpo s i t e wi t h 3 0 g l a s s f i be r h a s t h e t e n s i l e s t r e n gth a t 9 1【f)a S can n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p y (S E M)r esu l t s i n d i c a t e t h a t t h e r e e x i s t a s t r o n g i n t e r a c t i o n b e t w e e n g l a s s f i ber and t h e pol y me r b l e n d ma t ri x Ke y wo r d s：PP BES；P E EK；g l a s s f i b e r；compo s i t e s；me c h a n i cal p r o pe r t y