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1、潘典坤，等：玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的疲勞性能研究73玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的疲勞性能研究潘典坤李萌崛嚴(yán)正(四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院，成都610065)摘要利用自制的新型疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)玻璃纖維(GF)增強(qiáng)聚丙烯(PP)復(fù)合材料進(jìn)行疲勞性能研究，得到PP／GF復(fù)合材料在不同初始應(yīng)力、不同振幅、不同頻率下疲勞性能與GF含量的關(guān)系。結(jié)果表明，初始應(yīng)力、振幅、頻率越大，材料疲勞拉伸性能越差。初始應(yīng)力較大時(shí)，初始應(yīng)力的變化對(duì)PP／GF材料疲勞性能的影響更為明顯，振幅在75—80N之間時(shí)，材料疲勞性能急
2、劇下降；增加頻率可以使材料疲勞性能的變化更加平穩(wěn)；GF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％時(shí)，試樣的疲勞性能最好。關(guān)鍵詞聚丙烯玻璃纖維疲勞實(shí)驗(yàn)裝置疲勞裂紋疲勞性能玻璃纖維(GF)增強(qiáng)聚丙烯(PP)材料作為一種司；無(wú)機(jī)填料增強(qiáng)通用熱塑性復(fù)合材料，具有彈性模量缺口制樣機(jī)：XQZ一1型，承德金建檢測(cè)儀器有高，力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、電性能好，成型周期短，限公司；成型條件范圍寬，成本低等優(yōu)勢(shì)。由于這些優(yōu)點(diǎn)，被疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)：自制；廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)度、耐熱、耐化學(xué)藥品等工業(yè)領(lǐng)域。懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)：uJ24O型，承德材料試驗(yàn)機(jī)GF增強(qiáng)PP復(fù)合
3、材料還可以代替金屬、鑄件和熱固廠。性樹(shù)脂等使用，在汽車船舶零部件、建筑工業(yè)、電氣1．3試樣制備設(shè)備、泵體中應(yīng)用十分廣泛¨]。其中，許多制件在試樣制備過(guò)程見(jiàn)圖1。使用中需承受交變載荷的作用，在承受動(dòng)態(tài)載荷時(shí)，P含P量G同1=驗(yàn)樣條材料宏觀行為與：左靜態(tài)載荷下的行為存在很大差異，這對(duì)材料的實(shí)際使用性能、制品安全系數(shù)提出了更高要求。因此，有必要對(duì)GF增強(qiáng)PP材料進(jìn)行疲圖1試樣制備過(guò)程勞性能的研究。在過(guò)去工作中，對(duì)GF增強(qiáng)PP的研1．4疲勞實(shí)驗(yàn)究主要集中在靜態(tài)力學(xué)性能、界面形態(tài)l3、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)流程為：將GF與PP
4、按GF質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％、改性和疲勞機(jī)理等方面，而對(duì)疲勞性能的研10％、15％、20％、25％和30％稱好混勻，分別通過(guò)究相當(dāng)少。筆者采用自制塑料疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)試雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，雙螺桿擠出機(jī)從加料段到樣施加循環(huán)應(yīng)力，通過(guò)缺口試樣在斷裂前所受的循口模的溫度依次為170、190、200、210、210、205~C；環(huán)作用次數(shù)來(lái)衡量試樣的疲勞性能，研究了GF含轉(zhuǎn)速120r／min。切粒后，通過(guò)注塑機(jī)成型樣條，注量、初始應(yīng)力、應(yīng)力頻率和應(yīng)力振幅對(duì)PP／GF復(fù)合塑機(jī)四段溫度依次為190、210、220、215~
5、C；模具溫材料疲勞性能的影響。度5O℃；注塑時(shí)間5s；保壓時(shí)間5s；冷卻時(shí)間40s。1實(shí)驗(yàn)部分將所得的試樣于室溫下靜置24h后，按照GB／T1．1原材料1040—2006在電子萬(wàn)能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸實(shí)PP：F401，蘭州石化公司；驗(yàn)；將制得的試樣在缺口制樣機(jī)上銑2mm深A(yù)型GF：表面經(jīng)KH570處理，成都科龍化工試劑缺口后，于室溫下放置24h，在自制疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)廠。行疲勞拉伸測(cè)試。1．2儀器、設(shè)備疲勞實(shí)驗(yàn)裝置原理如圖2所示，試樣右端固定，雙螺桿擠出機(jī)：TSSJ一25型，晨光化工研究院左端由彈簧施加交
6、變拉力，彈簧左端與曲柄機(jī)構(gòu)相樹(shù)脂機(jī)械研究所；連接。隨著曲柄擺動(dòng)，試樣受到正弦交變拉力的作注塑機(jī)：PS40E5ASE型，日本日精樹(shù)脂工業(yè)株用，從而在試樣上產(chǎn)生周期性的交變應(yīng)力作用。彈式會(huì)社；電子萬(wàn)能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)：AG710型，日本島津公收稿日期：2011—07—1874工程塑料應(yīng)用2011年，第39卷，第】0期簧提供初始應(yīng)力，改變彈簧初始拉伸長(zhǎng)度，可以改變初始應(yīng)力Fo；改變曲柄的轉(zhuǎn)速可以改變?cè)嚇铀芙灰弧磷冄h(huán)應(yīng)力的頻率；應(yīng)力振幅的變化可由改變曲柄＼輟長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。粘RGF質(zhì)量分?jǐn)?shù)／％(a)1一曲柄；2-滑塊
7、；3-滑槽；4-彈簧；5-試樣圖2疲勞實(shí)驗(yàn)裝置原理圖2結(jié)果與討論2．1PP／GF的拉伸性能GF質(zhì)量分?jǐn)?shù)／％圖3為不同GF含量的PWGF復(fù)合材料的靜態(tài)(b)拉伸性能曲線。從圖3可知，含10％GF試樣的拉9伸強(qiáng)度最大，約為1500N，而含30％GF試樣的拉伸8X強(qiáng)度最差，其最大載荷為1200N。當(dāng)GF質(zhì)量分?jǐn)?shù)＼_【×＼薛獻(xiàn)6O9876543高于10％時(shí)，試樣的最大載荷為1400N。隨著GFs含量的增加，試樣的最大拉伸載荷下降。PP和GF3之間存在大量的界面，隨著界面的增加，PP／GF復(fù)合材料的拉伸載荷下降。
8、當(dāng)GF質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到GF質(zhì)量分?jǐn)?shù)／％30％時(shí)，材料表現(xiàn)出明顯的脆性。(c)·—15ON：·一2OON：o一250Na-R=200r／rain；b—=250r／rain；c一=300r／mm圖4不同頻率和初始應(yīng)力下試樣疲勞拉伸次數(shù)曲線樣疲勞性顯著降低。初始應(yīng)力F。=150N時(shí)，試樣疲勞次數(shù)隨GF含量的增加而提高，在20％達(dá)到極值，隨后疲勞次數(shù)減少。圖4b、4c的趨勢(shì)類似。從圖4還可以看出，初始應(yīng)力越大，試樣疲勞拉行程／mm伸性能越差。在振幅、
