复合材料界面结合的研究1界面剪切强度.pdfVIP

复合材料学报990309 复合材料学报 ACTA MATERIAE COMPOSITAE SINICA 1999年　第16卷　第3期　Vol.16　No.3 　1999 玻璃纤维增强聚丙烯复合材料界面结合的研究 1．界面剪切强度 * 王宏岗 　　郑安呐　　戴干策 摘　要　利用单丝临界断裂长度法研究了玻璃纤维（GF）与聚丙烯（PP）的界面结 合，发现在纤维与基体均未作任何处理以前，PP与GF的界面剪切强度（ISS）只有2.75 MPa。在GF经偶联剂处理情况下，若在PP中加入0.3％ 不饱和芳香酰亚胺，ISS增至 4.42 MPa提高60％。酸酐改性PP的使用，可使ISS达9.20 MPa，提高233.9％。这一方法 不仅可以准确判断PP与GF界面结合的优劣，而且可以为最终的复合材料设计提供可靠 依据。 关键词　单丝临界断裂长度法， 玻璃纤维， 聚丙烯， 界面剪切强度 中图分类号　TB-18, TQ31, O33, V45 STUDY ON THE INTERFACIAL BONDING OF GLASS FIBER REINFORCED POLYPROPYLENE COMPOSITES 1. INTERFACIAL SHEAR STRENGTH Wang Honggang　　Zheng Anna　　Dai Gance Abstract　　 composite. Key words　　 strength 　　以增强聚丙烯为代表的热塑性复合材料，不仅有优越的力学性能、耐腐蚀、无毒 复合材料学报990309 性和低价格指救，还由于具有热固性复合材料所不具备的可重复加工和使用的特点， 避免产生三废，有利于环保，因而倍受人们的重视，发展很迅速。 　　复合材料都存在一个界面，它作为增强纤维与基体连接的纽带，对复合材料的物 理、化学性能等有着至关重要的影响，因而引起越来越多的重视。对于增强PP这类热 塑性复合材料来说，由于基体本身缺乏可反应的活性官能团，很难与纤维产生良好化 学键结合，因而界面结合的问题就显得更为重要。 　　表征复合材料界面剪切强度（ISS）的方法有宏观实验法和微复合材料实验法等 ［1 ～3］。目前，对聚丙烯（PP）与玻璃纤维（GF）界面的研究基本上以前者为主。然而 影响复合材料宏观性能的因素是多方面的，除界面以外，纤维含量、取向、基体本身 的强度以及工艺条件等对性能都有影响。可见，单纯宏观力学性能还不足以说明界面 问题。而且宏观方法也不能给出具体的ISS，从而不能精确、定量地判断界面结合的好 坏，因此有必要寻求一种新的检测方法。本文采用了单丝模型法来解决这一问题。 　　单丝模型法种类虽很多，但其中最为客观和最具统计意义的要数六十年代Kelly ［4］ 提出的临界断裂长度法，并在纤维增强热固性复合材料的界面研究领域取得了很 大的成功。该方法将一根纤维单丝埋于基体树脂中，制成哑铃形试样。沿纤维轴向对 基体进行拉伸，由于纤维的模量大，延伸率小，所以纤维首先承担外界载荷，又因为 外界作用力远大于单纤维的强度，使其先断裂。断裂的纤维由于界面剪应力传递载荷 的作用，继续对纤维进行拉伸，并使其断裂，直至纤维断裂长度小于临界纤维长度Lc 后，此时界面剪切应力小于纤维自身强度，断裂就不再发生了。根据最终的平衡关系 ［4,7］ 得 ： . τ=σ D/2L 　　(1) c 如果单丝纤维的断裂长度分布是均匀的，则式(1)为： τ＝Kσ . D/2L　　(2) 其中K=0.75，τ为纤维与基体界面