玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的疲劳性能研究.pdf

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1、潘典坤，等：玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的疲劳性能研究73玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的疲劳性能研究潘典坤李萌崛严正(四川大学高分子科学与工程学院，成都610065)摘要利用自制的新型疲劳实验装置，对玻璃纤维(GF)增强聚丙烯(PP)复合材料进行疲劳性能研究，得到PP／GF复合材料在不同初始应力、不同振幅、不同频率下疲劳性能与GF含量的关系。结果表明，初始应力、振幅、频率越大，材料疲劳拉伸性能越差。初始应力较大时，初始应力的变化对PP／GF材料疲劳性能的影响更为明显，振幅在75—80N之间时，材料疲劳性能急

2、剧下降；增加频率可以使材料疲劳性能的变化更加平稳；GF质量分数为20％时，试样的疲劳性能最好。关键词聚丙烯玻璃纤维疲劳实验装置疲劳裂纹疲劳性能玻璃纤维(GF)增强聚丙烯(PP)材料作为一种司；无机填料增强通用热塑性复合材料，具有弹性模量缺口制样机：XQZ一1型，承德金建检测仪器有高，力学性能、尺寸稳定性、电性能好，成型周期短，限公司；成型条件范围宽，成本低等优势。由于这些优点，被疲劳实验机：自制；广泛应用于高强度、耐热、耐化学药品等工业领域。悬臂梁冲击实验机：uJ24O型，承德材料试验机GF增强PP复合

3、材料还可以代替金属、铸件和热固厂。性树脂等使用，在汽车船舶零部件、建筑工业、电气1．3试样制备设备、泵体中应用十分广泛¨]。其中，许多制件在试样制备过程见图1。使用中需承受交变载荷的作用，在承受动态载荷时，P含P量G同1=验样条材料宏观行为与：左静态载荷下的行为存在很大差异，这对材料的实际使用性能、制品安全系数提出了更高要求。因此，有必要对GF增强PP材料进行疲图1试样制备过程劳性能的研究。在过去工作中，对GF增强PP的研1．4疲劳实验究主要集中在静态力学性能、界面形态l3、增强实验流程为：将GF与PP

4、按GF质量分数5％、改性和疲劳机理等方面，而对疲劳性能的研10％、15％、20％、25％和30％称好混匀，分别通过究相当少。笔者采用自制塑料疲劳实验装置，对试双螺杆挤出机共混造粒，双螺杆挤出机从加料段到样施加循环应力，通过缺口试样在断裂前所受的循口模的温度依次为170、190、200、210、210、205~C；环作用次数来衡量试样的疲劳性能，研究了GF含转速120r／min。切粒后，通过注塑机成型样条，注量、初始应力、应力频率和应力振幅对PP／GF复合塑机四段温度依次为190、210、220、215~

5、C；模具温材料疲劳性能的影响。度5O℃；注塑时间5s；保压时间5s；冷却时间40s。1实验部分将所得的试样于室温下静置24h后，按照GB／T1．1原材料1040—2006在电子万能拉伸实验机上进行拉伸实PP：F401，兰州石化公司；验；将制得的试样在缺口制样机上铣2mm深A型GF：表面经KH570处理，成都科龙化工试剂缺口后，于室温下放置24h，在自制疲劳实验机上进厂。行疲劳拉伸测试。1．2仪器、设备疲劳实验装置原理如图2所示，试样右端固定，双螺杆挤出机：TSSJ一25型，晨光化工研究院左端由弹簧施加交

6、变拉力，弹簧左端与曲柄机构相树脂机械研究所；连接。随着曲柄摆动，试样受到正弦交变拉力的作注塑机：PS40E5ASE型，日本日精树脂工业株用，从而在试样上产生周期性的交变应力作用。弹式会社；电子万能拉伸实验机：AG710型，日本岛津公收稿日期：2011—07—1874工程塑料应用2011年，第39卷，第】0期簧提供初始应力，改变弹簧初始拉伸长度，可以改变初始应力Fo；改变曲柄的转速可以改变试样所受交一×变循环应力的频率；应力振幅的变化可由改变曲柄＼辍长度来实现。粘RGF质量分数／％(a)1一曲柄；2-滑块

7、；3-滑槽；4-弹簧；5-试样图2疲劳实验装置原理图2结果与讨论2．1PP／GF的拉伸性能GF质量分数／％图3为不同GF含量的PWGF复合材料的静态(b)拉伸性能曲线。从图3可知，含10％GF试样的拉9伸强度最大，约为1500N，而含30％GF试样的拉伸8X强度最差，其最大载荷为1200N。当GF质量分数＼_【×＼薛献6O9876543高于10％时，试样的最大载荷为1400N。随着GFs含量的增加，试样的最大拉伸载荷下降。PP和GF3之间存在大量的界面，随着界面的增加，PP／GF复合材料的拉伸载荷下降。

8、当GF质量分数增加到GF质量分数／％30％时，材料表现出明显的脆性。(c)·—15ON：·一2OON：o一250Na-R=200r／rain；b—=250r／rain；c一=300r／mm图4不同频率和初始应力下试样疲劳拉伸次数曲线样疲劳性显著降低。初始应力F。=150N时，试样疲劳次数随GF含量的增加而提高，在20％达到极值，随后疲劳次数减少。图4b、4c的趋势类似。从图4还可以看出，初始应力越大，试样疲劳拉行程／mm伸性能越差。在振幅、