纖維類型對(duì)不飽和聚酯基復(fù)合材料模壓工藝及性能的影響

纖維類型對(duì)不飽和聚酯基復(fù)合材料模壓工藝及性能的影響

0連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究纖維增強(qiáng)聚醚材料具有價(jià)格低廉、彈性強(qiáng)、密度低、耐化學(xué)侵蝕、良好的絕緣性等特點(diǎn)。因此，它廣泛應(yīng)用于建筑、化工、交通運(yùn)輸、造船、泵送等領(lǐng)域。在玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯基復(fù)合材料中,玻璃纖維的長(zhǎng)度、含量以及取向等參數(shù)都會(huì)對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能產(chǎn)生影響,其中纖維長(zhǎng)度是決定復(fù)合材料性能的最主要因素。通常來講,連續(xù)纖維比短切纖維具有更好的增強(qiáng)效果,因此連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有比短切纖維復(fù)合材料更好的力學(xué)性能。然而,在制備連續(xù)纖維增強(qiáng)不飽和聚酯基復(fù)合材料時(shí)往往比較困難。因?yàn)檫B續(xù)纖維的流動(dòng)性較差,加工過程中在模具中的流動(dòng)性受限,無法很好地深入復(fù)雜部件的各個(gè)部位,因此成型工藝性差,限制了復(fù)合材料性能的提高。為此,作者嘗試采用連續(xù)纖維和短切纖維混合的方式增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂,以獲得連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料優(yōu)良力學(xué)性能的復(fù)合材料,同時(shí)改善其模壓工藝性。1樣品的制備和測(cè)試方法1.1復(fù)合基復(fù)合材料試驗(yàn)用原料有不飽和聚酯樹脂,牌號(hào)191,江蘇亞邦涂料股份有限公司生產(chǎn);連續(xù)玻璃纖維,直徑約為10.0μm,南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院生產(chǎn);短切玻璃纖維,直徑約為10.0μm,長(zhǎng)度約為3mm,南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院生產(chǎn)。先將糊狀不飽和聚酯樹脂均勻浸漬連續(xù)玻璃纖維以制備玻璃纖維與不飽和聚酯樹脂的預(yù)混料,其中纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%;10min后將預(yù)混料放入模具中,在其表面均勻撒上一層短切玻璃纖維,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%;在壓力為10MPa和溫度為150℃的條件下保持30s,然后脫模獲得厚度為10mm的連續(xù)纖維與短切纖維混合增強(qiáng)的不飽和聚酯基復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱連續(xù)纖維與短切纖維混合增強(qiáng)復(fù)合材料);另制備玻璃纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的連續(xù)纖維增強(qiáng)不飽和聚酯基復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)作為對(duì)比試樣。1.2材料彎曲試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)拉伸性能測(cè)試在Instron5882型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上依照GB1040-1979進(jìn)行,試樣尺寸為110mm×45mm×10mm;彎曲試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)在MTS810型材料試驗(yàn)機(jī)上分別依照GB/T9341-2000和GB1041-1979進(jìn)行,其中彎曲試樣的尺寸為105mm×10mm×5mm,壓縮試樣的尺寸為15mm×10mm×20mm,取5個(gè)試樣的平均值;對(duì)拉伸斷口進(jìn)行噴金處理,用FEISIRION200型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)分析復(fù)合材料拉伸斷口的形貌。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1流動(dòng)性和合模連續(xù)纖維與短切纖維混合增強(qiáng)復(fù)合材料的流動(dòng)性較好,可順利合模;而連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因流動(dòng)性差而無法合模,致使飛邊厚度達(dá)2mm以上,厚度尺寸超標(biāo)。2.2彎曲變形量對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響由表1可知,與連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比,連續(xù)纖維與短切纖維混合增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸斷裂載荷和拉伸模量分別下降了1.8%和1.4%,但壓縮斷裂載荷提高了2.9%。從圖1可看出,當(dāng)彎曲變形量達(dá)到1mm時(shí),連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料承受的彎曲載荷為1.07kN;連續(xù)纖維與短切纖維混合增強(qiáng)復(fù)合材料承受的彎曲載荷為1.05kN,與前者相比下降了1.9%。2.3基層組織分布由圖2可見,連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷口中的纖維分布不均勻,部分區(qū)域玻璃纖維比較密集,部分區(qū)域纖維分布稀疏,聚集大片的樹脂基體,纖維明顯呈定向分布。連續(xù)纖維與短切纖維混合增強(qiáng)復(fù)合材料的斷口中纖維分布較為均勻,纖維相互交叉,散亂分布。2.4纖維分布不均勻在纖維增強(qiáng)聚酯基復(fù)合材料中,纖維的端部往往容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而成為裂紋源。對(duì)于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,因?yàn)槔w維長(zhǎng),相應(yīng)端部數(shù)量少,因此其力學(xué)性能明顯高于短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的。而由于連續(xù)纖維流動(dòng)性差,在復(fù)合材料模壓過程中不僅合模困難,纖維也不能很好地深入到基體的各個(gè)部位,從而造成纖維在基體中分布不均勻。此外,模壓過程中當(dāng)預(yù)混料向缺料部位流動(dòng)補(bǔ)實(shí)時(shí),連續(xù)纖維難于相互間分散形成交叉,而是成束狀定向流動(dòng),這就造成預(yù)混料團(tuán)間不交叉,而是直接粘接在一起,從而造成粘結(jié)界面薄弱,在外力作用下易產(chǎn)生裂紋。這些因素往往會(huì)降低連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。對(duì)于混合纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料,一方面纖維流動(dòng)性好,因此復(fù)合材料模壓工藝性較好,纖維在基體中的分布也比較均勻;另一方面,短纖維間易形成交叉,可有效防止纖維成平行束狀,各自為一體,因此能使預(yù)混料團(tuán)間形成良好地粘結(jié)。所以,采用一定量的短切纖維與連續(xù)纖維制備混合增強(qiáng)復(fù)合材料,可有效改善復(fù)合材料的模壓工藝性能,同時(shí)不會(huì)造成復(fù)合材料力學(xué)性能的明顯下降。3模壓工藝性能(1)與連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比,連續(xù)纖維與短切纖維混合增強(qiáng)的方式可有效改善復(fù)合材料的模壓工藝性能,其拉伸性