玻璃短纤维_热塑性聚氨酯复合材料的性能研究.pdf

第1期贺建芸等1玻璃短纤维2热塑性聚氨酯复合材料的性能研究3

玻璃短纤维2热塑性聚氨酯复合材料
的性能研究

贺建芸张立群程源
(北京化工大学100029)

摘要研究了玻璃短纤维2热塑性聚氨酯复合材料中短纤维用量对应力2应变曲线、拉伸强度和撕裂强
度的影响。试验结果表明,随着复合材料中短纤维用量的增大,复合材料的刚性明显提高、应力2应变曲线从
典型的粘弹性曲线变为弹性特性曲线、拉伸强度增大(短纤维用量超过11份),横向撕裂强度远低于纵向撕
裂强度。
关键词玻璃短纤维,热塑性聚氨酯,复合材料,力学性能

热塑性聚氨酯弹性体具有较高的强度、弹联剂预处理,北京长城玻璃纤维厂产品。热塑
性和扯断伸长率。若加入玻璃短纤维制成复合性聚氨酯,聚酯型聚氨酯,邵尔A型硬度为85
材料,就可将热塑性聚氨酯的高弹性与玻璃纤～90度,天津聚氨酯塑料制品厂产品。
维的高刚性有机地结合起来,使复合材料不仅112基本配方
保持一定的弹性,而且显著提高模量,并可使复基本配方为:热塑性聚氨酯100;硬脂酸
合材料制品具有高强度、高模量、耐高温、耐撕015;玻璃短纤维用量分别为0,11,25,43和
裂等特性。更重要的是,可采用传统的注射、挤67份。
出和压延等方法加工成型。113加工工艺及性能测试
近几年来,国内外对短纤维2热塑性聚氨酯在SK2160B双辊炼塑机上塑炼、混炼,辊
复合材料进行了许多研究,取得了较大的进展。温为180℃。
如SunilKNK[1]研究了聚酯短纤维与热塑性炼胶顺序为:热塑性聚氨酯塑炼2min,然
聚氨酯复合材料的力学性能;SunilKNK等[2]后加入短纤维及硬脂酸,混炼4～6min,再将
探讨了芳纶短纤维与热塑性聚氨酯复合材料的混炼均匀的混炼胶在炼塑机的冷辊上以一定的
流变和应力松弛特性;SteinbergerRL等[3]论辊距(辊距为015mm)和一定的档板宽度一次
述了玻璃短纤维与热塑性聚氨酯复合材料的特出片,并叠合成厚度为2mm的胶片,在180℃
性。本文重点探讨玻璃短纤维用量和纤维取向下模压6min,并迅速冷压3min,沿压延方向
对热塑性聚氨酯复合材料力学性能的影响。及垂直于压延方向在胶片上冲切试样。
在Instron118型电子拉力材料试验机上,
1实验对玻璃短纤维2热塑性聚氨酯复合材料的模量、
111原材料拉伸强度和撕裂强度进行测试,拉伸速度为
-1
玻璃短纤维,单丝直径为1315～14μm,其200mm·min。应变采用光电跟踪仪进行测
名义长度(实切长度)分别为2mm(2～215量。
mm),4mm(4～415mm),6mm(6～615mm)
和8mm(8～815mm),短纤维经过有机硅烷偶2结果与讨论
211短纤维的长度分布

作者简介贺建云,女,36岁。副教授。1983年毕业于复合材料在进行混炼时,短纤维因受强烈
华中工学院(华中理工大学)机械二系。现北京化工大学在职的剪切、拉伸和扭曲等作用而断裂,其初始长度
博士。主要从事高分子材料加工机械的教学、科研及高分子下降。
材料加工工艺、粘合剂、修补胶的研究。获2项国家实用新型任取6g混炼均匀的胶片,溶解在丙酮溶
专利。已发表论文10余篇。液中,分离出纤维,用显微镜读取100根短纤维
4橡胶工业1999年第46卷

的长度,绘制纤维长度分布图。短纤维长度分
别为6和8mm的试样(短纤维用量均为25
份)纤维长度分布分别见图1和2。从图1可
以看出,随着短纤维长度的增大,短纤维的分散
性和平均长度与初始长度的差值均增大。这是
由于短纤维长度越大,在混炼加工中所承受的
拉应力和剪切应力也越大,而且纤维断裂后的
长度也较大,因此仍会发生进一步的断裂,这些
都使短纤维的长度分布在一个较宽的范围内。

图3短纤维长度为2mm的试样应力2应变曲线
1—短纤维用量为11份;2—短纤维用量为25份;3—
短纤维用量为43份;4—短纤维用量为67份
由于短纤维用量较小时,复合材料体系内
发生如纤维脱胶、纤维断裂等局部破坏引起的
应力下降不大,而且热塑性聚氨酯基质的强度
较高,纤维又有一定的取向分布,因此复合材料
体系应力仍能随应变上升,且可能在较长的一

图1长度为6mm的试样纤维长度分布图段应变区间内发生屈服,直到某一应变产生破
坏,这样应力2应变曲线类似于抛物线形。
当短纤维用量较大时,纤维对基质变形的
限制较大,要产生较小的应变,就需较大的应
力。在一定的应变下,复合材料体系内应力已
很大,一旦产生一定量的纤维断裂,纤维脱胶,
裂纹迅速扩展,体系应力下降,断裂随之发生,
应力2应变曲线接近直线。对图3和4进行对
比可以看出,在应变相同的条件下,纤维长度较
大的体系的应力要高于长度较小的体系。这是
由于长度较大的短纤维对基质变形的制约较大
的缘故。

图2长度为8mm