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1、潘典坤，等：玻璃纖維增強聚丙烯復合材料的疲勞性能研究73玻璃纖維增強聚丙烯復合材料的疲勞性能研究潘典坤李萌崛嚴正(四川大學高分子科學與工程學院，成都610065)摘要利用自制的新型疲勞實驗裝置，對玻璃纖維(GF)增強聚丙烯(PP)復合材料進行疲勞性能研究，得到PP／GF復合材料在不同初始應力、不同振幅、不同頻率下疲勞性能與GF含量的關系。結果表明，初始應力、振幅、頻率越大，材料疲勞拉伸性能越差。初始應力較大時，初始應力的變化對PP／GF材料疲勞性能的影響更為明顯，振幅在75—80N之間時，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質量分數為20％時，試樣的疲勞性能最好。關鍵詞聚丙烯玻璃纖維疲勞實驗裝置疲勞裂紋疲勞性能玻璃纖維(GF)增強聚丙烯(PP)材料作為一種司；無機填料增強通用熱塑性復合材料，具有彈性模量缺口制樣機：XQZ一1型，承德金建檢測儀器有高，力學性能、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。由于這些優(yōu)點，被疲勞實驗機：自制；廣泛應用于高強度、耐熱、耐化學藥品等工業(yè)領域。懸臂梁沖擊實驗機：uJ24O型，承德材料試驗機GF增強PP復合
3、材料還可以代替金屬、鑄件和熱固廠。性樹脂等使用，在汽車船舶零部件、建筑工業(yè)、電氣1．3試樣制備設備、泵體中應用十分廣泛¨]。其中，許多制件在試樣制備過程見圖1。使用中需承受交變載荷的作用，在承受動態(tài)載荷時，P含P量G同1=驗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，這對材料的實際使用性能、制品安全系數提出了更高要求。因此，有必要對GF增強PP材料進行疲圖1試樣制備過程勞性能的研究。在過去工作中，對GF增強PP的研1．4疲勞實驗究主要集中在靜態(tài)力學性能、界面形態(tài)l3、增強實驗流程為：將GF與PP
4、按GF質量分數5％、改性和疲勞機理等方面，而對疲勞性能的研10％、15％、20％、25％和30％稱好混勻，分別通過究相當少。筆者采用自制塑料疲勞實驗裝置，對試雙螺桿擠出機共混造粒，雙螺桿擠出機從加料段到樣施加循環(huán)應力，通過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)作用次數來衡量試樣的疲勞性能，研究了GF含轉速120r／min。切粒后，通過注塑機成型樣條，注量、初始應力、應力頻率和應力振幅對PP／GF復合塑機四段溫度依次為190、210、220、215~
5、C；模具溫材料疲勞性能的影響。度5O℃；注塑時間5s；保壓時間5s；冷卻時間40s。1實驗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在電子萬能拉伸實驗機上進行拉伸實PP：F401，蘭州石化公司；驗；將制得的試樣在缺口制樣機上銑2mm深A型GF：表面經KH570處理，成都科龍化工試劑缺口后，于室溫下放置24h，在自制疲勞實驗機上進廠。行疲勞拉伸測試。1．2儀器、設備疲勞實驗裝置原理如圖2所示，試樣右端固定，雙螺桿擠出機：TSSJ一25型，晨光化工研究院左端由彈簧施加交
6、變拉力，彈簧左端與曲柄機構相樹脂機械研究所；連接。隨著曲柄擺動，試樣受到正弦交變拉力的作注塑機：PS40E5ASE型，日本日精樹脂工業(yè)株用，從而在試樣上產生周期性的交變應力作用。彈式會社；電子萬能拉伸實驗機：AG710型，日本島津公收稿日期：2011—07—1874工程塑料應用2011年，第39卷，第】0期簧提供初始應力，改變彈簧初始拉伸長度，可以改變初始應力Fo；改變曲柄的轉速可以改變試樣所受交一×變循環(huán)應力的頻率；應力振幅的變化可由改變曲柄＼輟長度來實現。粘RGF質量分數／％(a)1一曲柄；2-滑塊
7、；3-滑槽；4-彈簧；5-試樣圖2疲勞實驗裝置原理圖2結果與討論2．1PP／GF的拉伸性能GF質量分數／％圖3為不同GF含量的PWGF復合材料的靜態(tài)(b)拉伸性能曲線。從圖3可知，含10％GF試樣的拉9伸強度最大，約為1500N，而含30％GF試樣的拉伸8X強度最差，其最大載荷為1200N。當GF質量分數＼_【×＼薛獻6O9876543高于10％時，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復合材料的拉伸載荷下降。
8、當GF質量分數增加到GF質量分數／％30％時，材料表現出明顯的脆性。(c)·—15ON：·一2OON：o一250Na-R=200r／rain；b—=250r／rain；c一=300r／mm圖4不同頻率和初始應力下試樣疲勞拉伸次數曲線樣疲勞性顯著降低。初始應力F。=150N時，試樣疲勞次數隨GF含量的增加而提高，在20％達到極值，隨后疲勞次數減少。圖4b、4c的趨勢類似。從圖4還可以看出，初始應力越大，試樣疲勞拉行程／mm伸性能越差。在振幅、
