玻璃纤维增强尼龙66断裂机理的研究
文章出处:徐州腾飞工程塑料有限公司 发布时间:2017-07-31 10:01:00 点击数:- 【大 中 小】
短纤维增强塑料的破坏一般是裂纹端源损伤并发展,裂纹在发生失稳扩展前,在裂纹端源产生很大的损伤,其特点是脱黏。这种脱黏在到达断裂载荷前就开始了,这种在裂纹端源前方,由于脱黏而引起损伤是由于那里的高应力引起的。
图3-6为PA66/玻纤复合材料的缺口冲击断面形貌的SEM照片,图中明亮柱状物体为玻纤。从图中可以看出:冲击断口呈脆性断裂。
由图3-6a可见,部分玻纤嵌入到基体树脂中,部分玻纤暴露在树脂表面。嵌入到树脂中的玻纤已与树脂形成了很好的界面相,这说明KH-550偶联剂处理的玻纤与尼龙66树脂相容性很好,界面粘结强度高,脆性断裂在一定程度上也说明试样具有很高界面强度,在纤维增强材料中,冲击能力的分散通常是通过纤维与基体的界面脱黏、纤维拔出、纤维与基体的摩擦运动及基体的变形来实现的。若界面粘结强,那么在应力的作用下,材料破坏过程中增长着的裂纹容易扩散到界面,并透过脆性纤维,呈现脆性破坏;若界面粘结强度较低,纤维断裂所引起的裂纹可以改变方向沿着界面扩展,遇到纤维缺陷或薄弱环节时裂纹可跨越纤维,继续沿着界面扩展,形成曲折的路径,表现为塑性断裂,断裂面不平整,可得玻纤含量少时,界面非常完整,这与结果一致,即玻纤含量少时,材料性能随玻纤含量的加入,增强幅度大。
从图3-6b还可以看到,树脂表面有很多孔洞。这是部分玻纤与树脂结合不好,导致玻纤在应力作用下倍拔出而形成的。
由图3-6c可以清晰的看到,暴露在树脂表面的玻纤表面也附有一层树脂,且相邻玻纤间仍有树脂紧密相连,纤维端部呈不规则的断裂破坏状,玻纤大多属断裂而并非完全拨出,说明KH-550是尼龙66的良好偶联剂。
本实验填充的是短玻纤。短玻纤可以作为应力集中中心,诱发银纹或剪切带,银纹或剪切带的产生和发展需要消耗能量;因而,提高了体系的冲击强度。但玻纤的刚性导致诱发的银纹或剪切带数量有限,所以消耗的能量也有限;此外,与橡胶颗粒不同,短玻纤还可能不能有效终止银纹,致使银纹有机会发展成破坏性裂纹。当玻纤用量较大时,玻纤之间可能会发生团聚,大颗粒状的玻纤团聚体同样可以成为应力集中中心,但此时它引发的可能不是银纹,而是小裂纹;另外,在玻纤团聚体内部,还有可能发生玻纤与玻纤之间的滑移。这两种作用的结果,导致了体系的冲击强度降低。
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