聚丙烯/硅藻土復(fù)合材料斷口形貌的二維分形特征研究
發(fā)布時間：2021-01-22 03:30
采用熔融共混法制備了2種硅藻土填充聚丙烯（PP/硅藻土）復(fù)合材料PP/281和PP/700,采用掃描電子顯微鏡觀察了沖擊斷口形貌,運用圖像處理軟件IPP提取了復(fù)合材料斷口形貌的二維輪廓曲線;應(yīng)用結(jié)構(gòu)函數(shù)法測算了斷口形貌二維輪廓曲線的分形維數(shù)（DL）,定量表征了復(fù)合材料的斷口形貌特征;探討了DL與復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度(σⅣ)的關(guān)系。結(jié)果表明,PP及其PP/硅藻土復(fù)合材料的斷口形貌具有顯著的分形特征,其中純PP的DL值為1.6375,PP/硅藻土復(fù)合材料的DL值介于1.64741.7361之間;在所考察的硅藻土體積填充分?jǐn)?shù)（φf）范圍內(nèi),PP/281復(fù)合材料的DL值在φf為10%時有最大值1.7361,PP/700復(fù)合材料在φf為5%時具有最大值1.7143;σⅣ值與DL值正相關(guān),且呈近似指數(shù)函數(shù)關(guān)系。
【文章來源】：中國塑料. 2017,31(08)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
位置：（ａ）１（ｂ）２（ｃ）３（ｄ）４（ｅ）５圖２純ＰＰ樣品５個不同水平位置上的輪廓曲線Ｆｉｇ．２Ｃｏｎｔｏｕｒｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅ５ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｐｕｒｅＰＰｓａｍｐｌｅｓ水平
２０１７年８月中國塑料·６５·計算輪廓曲線的ＤＬ值。以ｌｇｔ為橫坐標(biāo)，ｌｇＳ（ｔ）為縱坐標(biāo)，并用最小二乘法原理，線性回歸分析雙對數(shù)數(shù)據(jù)點，得到純ＰＰ沖擊斷面ＳＥＭ照片中５個不同水平位置ＤＬ值的計算曲線，如圖３所示。水平位置：■—１●—２▲—３?—４?—５圖３純ＰＰ樣品沖擊斷面的ＤＬ值計算曲線Ｆｉｇ．３ＣａｌｃｕｌａｔｅｄｃｕｒｖｅｆｏｒＤＬｖａｌｕｅｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｏｆｐｕｒｅＰＰｓａｍｐｌｅｓ從圖３可知，對于純ＰＰ沖擊斷面的ＳＥＭ照片中不同水平位置上的輪廓曲線，其ｌｇＳ（ｔ）與ｌｇｔ的擬合曲線均符合ｌｇＳ（ｔ）＝ｂ＋αｌｇｔ的線性模式，其中擬合曲線的斜率α、截距ｂ與灰度值分布相關(guān)，且α值越小，ＤＬ值越大，斷口形貌越復(fù)雜，精細(xì)結(jié)構(gòu)就越多。又由式（２）可知，與純ＰＰ斷口形貌的ＳＥＭ照片中５個水平位置上的ＤＬ值計算相關(guān)的α、ｂ、相關(guān)系數(shù)Ｒ以及所計算的ＤＬ值如表１所示。表１純ＰＰ斷口形貌的ＤＬ值Ｔａｂ．１ＤＬｖａｌｕｅｏｆｆｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙｏｆｐｕｒｅＰＰｓａｍｐｌｅｓ取樣位置線性回歸方程相關(guān)系數(shù)（Ｒ）ＤＬ１ｌｇＳ（ｔ）＝２．１１７５＋０．７５２４ｌｇｔ０．９９９８１．６２３８２ｌｇＳ（ｔ）＝２．１０９９＋０．７０２１ｌｇｔ０．９９８５１．６４８９３ｌｇＳ（ｔ）＝２．０２９９＋０．６８２７ｌｇｔ０．９９９８１．６５８７４ｌｇＳ（ｔ）＝２．０５２０＋０．７４８８ｌｇ
特征，其斷口形貌較為粗糙，凹凸不平，在斷裂過程中產(chǎn)生的韌窩多，精細(xì)結(jié)構(gòu)亦較多。而對于σⅣ較低的復(fù)合材料，其斷口形貌相對平整，表面光滑，結(jié)構(gòu)簡單。上述內(nèi)容實現(xiàn)了復(fù)合材料斷口形貌的自相似性的ＤＬ表征；同時斷口形貌反映了復(fù)合材料的斷裂韌性。因此，探討ＤＬ與材料的沖擊韌性有利于通過材料斷面形貌判斷復(fù)合材料在外力作用條件下的沖擊韌性，進(jìn)而判斷復(fù)合材料的斷裂機(jī)理�；诖�，本研究工作考察了斷口形貌的ＤＬ值與ＰＰ／硅藻土復(fù)合材料的σⅣ的關(guān)系，如圖４所示。圖４ＰＰ／硅藻土復(fù)合材料斷口形貌的ＤＬ與σⅣ的關(guān)系Ｆｉｇ．４ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆＤＬｏｆｆｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙａｎｄσⅣｏｆＰＰ／ｄｉａｍｉａｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ觀察圖４看出，除個別點外，ＰＰ／硅藻土復(fù)合材料的σⅣ隨ＤＬ值的增大而增大，當(dāng)ＤＬ值大于１．６７２９時，復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度增幅明顯。這是因為，ＤＬ值是斷口形貌粗糙度、精細(xì)結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜程度的定量表征，ＤＬ值越大，斷面粗糙度越大，精細(xì)結(jié)構(gòu)越多，形貌結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其表面能增加，材料在斷裂的過程中吸收更多的能量。觀察圖４發(fā)現(xiàn)，σⅣ隨ＤＬ值的增大先緩慢增大，然后快速增大。去掉特殊點，經(jīng)擬合后σⅣ與ＤＬ之間滿足如式（３）的關(guān)系（相關(guān)系數(shù)Ｒ為０．９６）：σⅣ＝０．４９９２ｅ１．９１３０ＤＬ（３）從式（３）可以看出，σⅣ與ＤＬ之間近似呈指數(shù)關(guān)系，且置信度大于９５％。４結(jié)論（１）ＰＰ／硅藻土復(fù)合材料的ＤＬ值介于１．６３７５～１．７
本文編號：2992464
【文章來源】：中國塑料. 2017,31(08)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
位置：（ａ）１（ｂ）２（ｃ）３（ｄ）４（ｅ）５圖２純ＰＰ樣品５個不同水平位置上的輪廓曲線Ｆｉｇ．２Ｃｏｎｔｏｕｒｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅ５ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｐｕｒｅＰＰｓａｍｐｌｅｓ水平
２０１７年８月中國塑料·６５·計算輪廓曲線的ＤＬ值。以ｌｇｔ為橫坐標(biāo)，ｌｇＳ（ｔ）為縱坐標(biāo)，并用最小二乘法原理，線性回歸分析雙對數(shù)數(shù)據(jù)點，得到純ＰＰ沖擊斷面ＳＥＭ照片中５個不同水平位置ＤＬ值的計算曲線，如圖３所示。水平位置：■—１●—２▲—３?—４?—５圖３純ＰＰ樣品沖擊斷面的ＤＬ值計算曲線Ｆｉｇ．３ＣａｌｃｕｌａｔｅｄｃｕｒｖｅｆｏｒＤＬｖａｌｕｅｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｏｆｐｕｒｅＰＰｓａｍｐｌｅｓ從圖３可知，對于純ＰＰ沖擊斷面的ＳＥＭ照片中不同水平位置上的輪廓曲線，其ｌｇＳ（ｔ）與ｌｇｔ的擬合曲線均符合ｌｇＳ（ｔ）＝ｂ＋αｌｇｔ的線性模式，其中擬合曲線的斜率α、截距ｂ與灰度值分布相關(guān)，且α值越小，ＤＬ值越大，斷口形貌越復(fù)雜，精細(xì)結(jié)構(gòu)就越多。又由式（２）可知，與純ＰＰ斷口形貌的ＳＥＭ照片中５個水平位置上的ＤＬ值計算相關(guān)的α、ｂ、相關(guān)系數(shù)Ｒ以及所計算的ＤＬ值如表１所示。表１純ＰＰ斷口形貌的ＤＬ值Ｔａｂ．１ＤＬｖａｌｕｅｏｆｆｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙｏｆｐｕｒｅＰＰｓａｍｐｌｅｓ取樣位置線性回歸方程相關(guān)系數(shù)（Ｒ）ＤＬ１ｌｇＳ（ｔ）＝２．１１７５＋０．７５２４ｌｇｔ０．９９９８１．６２３８２ｌｇＳ（ｔ）＝２．１０９９＋０．７０２１ｌｇｔ０．９９８５１．６４８９３ｌｇＳ（ｔ）＝２．０２９９＋０．６８２７ｌｇｔ０．９９９８１．６５８７４ｌｇＳ（ｔ）＝２．０５２０＋０．７４８８ｌｇ
特征，其斷口形貌較為粗糙，凹凸不平，在斷裂過程中產(chǎn)生的韌窩多，精細(xì)結(jié)構(gòu)亦較多。而對于σⅣ較低的復(fù)合材料，其斷口形貌相對平整，表面光滑，結(jié)構(gòu)簡單。上述內(nèi)容實現(xiàn)了復(fù)合材料斷口形貌的自相似性的ＤＬ表征；同時斷口形貌反映了復(fù)合材料的斷裂韌性。因此，探討ＤＬ與材料的沖擊韌性有利于通過材料斷面形貌判斷復(fù)合材料在外力作用條件下的沖擊韌性，進(jìn)而判斷復(fù)合材料的斷裂機(jī)理�；诖�，本研究工作考察了斷口形貌的ＤＬ值與ＰＰ／硅藻土復(fù)合材料的σⅣ的關(guān)系，如圖４所示。圖４ＰＰ／硅藻土復(fù)合材料斷口形貌的ＤＬ與σⅣ的關(guān)系Ｆｉｇ．４ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆＤＬｏｆｆｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙａｎｄσⅣｏｆＰＰ／ｄｉａｍｉａｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ觀察圖４看出，除個別點外，ＰＰ／硅藻土復(fù)合材料的σⅣ隨ＤＬ值的增大而增大，當(dāng)ＤＬ值大于１．６７２９時，復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度增幅明顯。這是因為，ＤＬ值是斷口形貌粗糙度、精細(xì)結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜程度的定量表征，ＤＬ值越大，斷面粗糙度越大，精細(xì)結(jié)構(gòu)越多，形貌結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其表面能增加，材料在斷裂的過程中吸收更多的能量。觀察圖４發(fā)現(xiàn)，σⅣ隨ＤＬ值的增大先緩慢增大，然后快速增大。去掉特殊點，經(jīng)擬合后σⅣ與ＤＬ之間滿足如式（３）的關(guān)系（相關(guān)系數(shù)Ｒ為０．９６）：σⅣ＝０．４９９２ｅ１．９１３０ＤＬ（３）從式（３）可以看出，σⅣ與ＤＬ之間近似呈指數(shù)關(guān)系，且置信度大于９５％。４結(jié)論（１）ＰＰ／硅藻土復(fù)合材料的ＤＬ值介于１．６３７５～１．７
本文編號：2992464
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2992464.html
最近更新
教材專著
