长玻璃纤维增强粒料指的是纤维单向排布的粒料,其纤维长度与粒料长度相等,一般大于5mm。这个品种的复合材料粒料在我国还处于研制阶段,缺少商业牌号。国外的品种主要有ICI公司的Verton,Hoechst-Celanese公司的Celstran等。这种材料主要应用在力学性能比短切玻璃纤维粒料要求更高的场合,具有较重要的应用前景[1]。由于这种材料的纤维较长,给常规的注塑成型带来一定的困难,因此,研究其注塑成型工艺与性能的关系受到越来越多的重视[2]。

非连续纤维增强复合材料的拉伸强度σ符合下式(3):

σ= η0∑lilcσfVj(1- lc2lj)+σm(1- Vf),lc= rσf2τ

式中,Vi和Vj别为长度小于和大于纤维临界长度lc纤维体积含量;Vf为纤维的总体积含量;σf复合材料学报ACTAMATERIAECOMPOSITAESINICA第18卷第2期5月2001年Vol.18 No.2 May 2001为玻璃纤维的拉伸强度;σm为树脂的拉伸强;li、lj

分别指大于和小于lc

的玻璃纤维长度;r为玻璃纤

维的半径;τ为界面剪切强度。由上式可见,在纤维

含量一定的情况下,随注塑材料内纤维长度增加,lc

降低以及纤维取向度的提高,复合材料的拉伸强度

提高。通过界面改性、粒料长度变化、注塑工艺变化

和模具设计,可改变注塑试样内纤维的长度、取向以

及lc

大小,从而影响其力学性能。上述公式是在纤

维与基体完全混合的假设基础上推导得到的[3]。实

际上,在具体实验和生产中,很难做到这一点。纤维

与基体混合越均匀,纤维承受应力的效果越明显,材

料的强度越高。

从上述分析可知,界面改性、纤维浸渍程度、粒

料长度及注塑材料退火等将改变复合材料内纤维的

长度、分布以及纤维/基体间的界面强度,从而影响

材料的拉伸强度。本文将就此进行初步研究。

1 实验部分

1.1 实验设备

注塑机,浙江塑料机械厂出品,SZ-60/40。电子

拉力机,长春市智能仪器设备研究所生产,WSM-

2000型数字式试验机。

1.2 试验原料

南京玻纤院提供的玻璃纤维(GF),直径20

μm,表面处理409浸润剂(主要成分为KH560、

KH570等),单股和三股并股两种。杭州新兴玻璃纤

维厂提供的GF,直径为11μm,表面处理剂主要为

KH550。聚丙烯,Q/shC001-1998,锦州石化公司提

供。接枝马来酸酐(MAH)改性的PP(PP-MAH),利

用固相接枝方法自行制备,接枝率为1.5%和

2.3%两种。双马来先亚胺(BMI)由北京航空材料

研究院提供。

1.3 长玻璃纤维/聚丙烯粒料的制备

利用自行设计制造的连续纤维/热塑性树脂基

复合材料浸渍装置[4],制备连续GF增强的PP予浸

料,然后切割成长度为5mm、10mm、15mm的注塑

用粒料。

长纤维粒料的特征是粒料内纤维单向排布,长

度与粒料长度相同。

1.4 注塑模具及注塑工艺:

模具为两种不同浇口尺寸的哑铃形,大小浇口

的尺寸分别为7.6mm2和2.2mm2,前者称为"宽浇

口",后者称为"窄浇口"。喷嘴直径为5mm。哑铃形

试样的厚度为4mm,其它尺寸如图1所示。

图1 哑铃形模具的形状与尺寸

Fig.1 Geometryanddimensionsofthedumbbellshapedmold

注射机温度设置:210℃～240℃～230℃(加

料斗到喷嘴),喷嘴温度约为220℃。模具温度为室

温。注塑压力为0.7MPa。

1.5 试验方法

每组实验至少5个试样,实验结果取平均,并计

算标准偏差SD= ∑(x-x - )2

へn-1 。退火处理:真空条

件下150℃,处理1小时。按照GB/T1042进行拉伸

强度测试。拉伸速度10mm/min。用日立公司S-570

电子显微镜观察试样的断面。

除特殊说明外,本文中均采用杭州新兴玻璃纤

维厂提供的玻璃纤维。纤维含量均为40wt%。除特

殊说明外,粒料的长度均为15mm,且注塑试样均

未进行退火处理。

跨度1-2米，高0.6-0.8米，长度2米-4米。小拱棚简称小棚，是用塑料薄膜覆盖于竹竿、铁丝等支架上搭成的小型拱形设施。芹菜小拱棚玻璃纤维杆跨度1-2米，高0.6-0.8米，长度2米-4米。玻璃纤维杆是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。