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长纤维增强聚丙烯复合材料的发泡工艺研究
发布时间:2018-1-30 11:31:38   浏览次数:843

尽管聚丙烯(PP)是最广泛使用的塑料之一(由于其密度低、易于加工、软化温度高并且成本低),但由于其机械性能相对较差,从而使得其应用受到一定的限制。因此,常常使用玻璃纤维(GF)来增强PP基体,以低成本实现良好的拉伸强度和模量、刚度、耐冲击性、耐化学性和热稳定性。事实上,以这种方式结合PP和GF在汽车和建筑等行业越来越受欢迎。

注塑成型是GF-PP复合材料最常见的制造技术之一,因为它能够快速制造复杂几何形状的零件。因此,注塑成型的GF-PP复合材料的力学性能多年来备受关注,一般认为GF增强PP部件的力学性能主要受长度、长度分布、纤维取向、GF和PP基体之间的界面粘合以及GF和基体材料的固有机械性能等因素影响。研究表明,发泡技术可以减少GF-PP成型件中纤维断裂的数量,并有助于避免SGF-PP部件中的纤维磨损。然而,几乎所有以前的研究都集中在SGF增强的聚合物基体上,发泡技术是否同样适用于LGF增强复合材料还不清楚。

作为实验的一部分,进行了拉伸试验以测量我们的复合材料的机械性能(例如,强度、模量和断裂应变)。研究结果表明,样品的残余纤维长度和力学性能之间有着密切的关系,这两者在很大程度上受加工条件的影响。LGF增强FIM样品表现出最佳的纤维长度和纤维长度分布(即产生最好的机械特性)。此外,相比CIM样品,这些样品沿着纤维方向显示出更低的纤维取向度。

研究结果还表明,在LGF增强复合材料中存在气泡可能有助于减少纤维断裂量。我们认为这个发现有两个可能的原因。首先,发泡剂和新产生的泡沫可以起到增塑剂或缓冲垫的作用。换言之,LGF增强PP复合材料中气泡的存在降低了熔体的粘度并改善了流动性。这又降低了聚合物基体中的剪切应力,从而减少了纤维断裂的发生。

其次,注塑成型工艺的保压阶段是能够显著影响纤维断裂程度的重要步骤。也就是说,保压阶段的变化会导致CIM和FIM样品中不同的纤维长度分布。在CIM的常规保压过程中,使用高压将熔融的复合材料注入空腔中,然后将模腔保持在恒定压力以填充空腔的剩余体积并补偿填充材料的收缩。 LGFs的破坏主要发生在这个保压阶段,所以保压压力会显著影响纤维断裂。

相比之下,在FIM中,填充材料填充到模具中的保压主要取决于气泡生长膨胀的效果。因此,由于相对较小、均匀的压力和剪切速率,纤维的损伤可以被最小化。


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