發(fā)布時(shí)間：2016-05-09 15:15

第一章 緒論

在復(fù)合材料中呈分散形式；基體相主要是將增強(qiáng)相粘結(jié)在一起，并傳遞應(yīng)力至增強(qiáng)相，是相對柔軟和堅(jiān)韌的連貫材料；界面相存在于基體相和增強(qiáng)相之間，使基體與增強(qiáng)體結(jié)合成一個(gè)整體。復(fù)合材料的性能取決于增強(qiáng)體和基體的比例、3個(gè)組成部分的性能。對玻纖增強(qiáng)高分子復(fù)合材料，只有當(dāng)玻纖和高分子材料基體間產(chǎn)生牢固的界面結(jié)合，載荷才能有效地由基體傳遞至玻纖而起到增強(qiáng)的作用。聚合物/玻纖復(fù)合材料界面的形成可以分為兩個(gè)階段：第一階段是聚合物基體與增強(qiáng)玻纖的接觸與浸潤過程。增強(qiáng)玻纖對基體分子的各基團(tuán)和各組分的吸附能力不同，會(huì)吸附能降低其表面能的物質(zhì)，所以界面層在結(jié)構(gòu)上與增強(qiáng)玻纖和聚合物基體是不同的；第二階段是界面的固化，聚合物通過物理或化學(xué)的變化而固化，結(jié)合玻纖形成固定的界面層，因此它直接決定所形成界面層的結(jié)構(gòu)。在復(fù)合材料中，一般要求組分間能牢固結(jié)合并且具有足夠的強(qiáng)度，因此必須使材料在界面上形成能量的最低結(jié)合，其中涉及到界面的粘合機(jī)理問題。許多學(xué)者從不同角度提出了各自的界面粘結(jié)機(jī)理[4]。

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第二章 實(shí)驗(yàn)原料、設(shè)備及方法

2.1 PA6/MMT 和 PA6/MMT/SGF 復(fù)合材料

測試儀器：英國 Bohlin 公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)流變系統(tǒng)，型號為 Bohlin Gemini200，溫控系統(tǒng)為 ETC 強(qiáng)制氣體擴(kuò)展溫度爐。Gemini 系列旋轉(zhuǎn)流變儀測量系統(tǒng)采用了 Bohlin 公司專有的 DSP Rotonetic 控制技術(shù)，它使 Gemini 系列旋轉(zhuǎn)流變儀能在穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)和瞬態(tài)模式下，完成各種直接應(yīng)變控制測試；同時(shí)又能執(zhí)行所有的應(yīng)力控制測試。Gemini200 型旋轉(zhuǎn)流變系統(tǒng)可在控制應(yīng)力和控制應(yīng)變模式下進(jìn)行動(dòng)態(tài)黏彈流變性能的測試，控制應(yīng)變模式下掃描頻率范圍在 10-5s-1到 600 s-1之間，控制應(yīng)力模式下掃描頻率范圍在 10-7s-1到 600 s-1之間。

2.2 PP/EPDM/SGF 復(fù)合材料

單螺桿擠出機(jī) 2#：型號 SE-45，螺桿直徑 45mm，長徑比 30/1，螺桿轉(zhuǎn)速 9~60rpm，由本課題組自行設(shè)計(jì)，委托南京瑞亞高聚物裝備有限責(zé)任公司制造，其中螺桿采用組合結(jié)構(gòu)，螺桿的芯軸可以根據(jù)需求安裝不同的螺桿元件。多邊螺槽對流式螺桿（HP 螺桿）擠出機(jī)：機(jī)筒可打開，采用本課題組自行研發(fā)的多邊螺槽對流式螺桿[60]。單螺桿擠出機(jī)組的構(gòu)建：多邊螺槽對流式螺桿擠出機(jī)（簡稱 HP 螺桿擠出機(jī)）開設(shè)有兩個(gè)進(jìn)料口，在出料口連接扁平機(jī)頭，將單螺桿擠出機(jī) 1#和單螺桿擠出機(jī) 2#分別與HP 螺桿擠出機(jī)兩個(gè)進(jìn)料口連接，組合成單螺桿擠出機(jī) 1#與單螺桿擠出機(jī) 2#并聯(lián)后與HP 螺桿擠出機(jī)串聯(lián)的單螺桿擠出機(jī)組。

第三章 MMT 和 SGF 對 PA6 流變性能的影響.............23 

3.1 剪切流變性能.................... 23

第四章 擠出 PA6/MMT/SGF 復(fù)合材料中 SGF 取向與分布以及動(dòng)態(tài)流變性能...............31 

4.1 型坯機(jī)頭內(nèi)復(fù)合材料熔體流動(dòng)的數(shù)值模擬............. 31

第五章 PP/EPDM/SGF 復(fù)合材料的微觀形態(tài)、流變性能和力學(xué)性能..............................41 
5.1 相容劑和偶聯(lián)劑含量對 PP/SGF 復(fù)合材料力學(xué)性能的影響 .................................... 41
5.2 混煉順序?qū)?fù)合材料微觀形態(tài)的影響............ 42

第五章 PP/EPDM/SGF 復(fù)合材料的微觀形態(tài)、流變性能和力學(xué)性能

5.1 相容劑和偶聯(lián)劑含量對 PP/SGF 復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

PP/SGF 復(fù)合材料的制備方法如 2.2.3 節(jié)所述。表 5-1 所示為通過改變偶聯(lián)劑和相容劑含量制備的 70/30 PP/SGF 復(fù)合材料樣品的力學(xué)性能。純 PP 的拉伸強(qiáng)度為 31.38MPa，缺口沖擊強(qiáng)度為 6.37 kJ/m2。從表 5-1 可見，在 PP-g-MAH 含量為 5wt%的情況下，KH-550含量為 1wt%時(shí)，PP/SGF 復(fù)合材料樣品的力學(xué)性能較好；在 KH-550 含量為 0.2 wt%的情況下，PP-g-MAH 含量為 10wt%時(shí) PP/SGF 復(fù)合材料樣品的力學(xué)性能最好，與純 PP相比，拉伸強(qiáng)度提高 41.33%，缺口沖擊強(qiáng)度提高 27.61%。但當(dāng)選取 PP-g-MAH 含量10wt%，KH-550 含量為 1wt%時(shí)制備的 PP/SGF 復(fù)合材料樣品的力學(xué)性能反而有所降低。

5.2 混煉順序?qū)?fù)合材料微觀形態(tài)的影響

圖 5-1 是通過一步法制備的 PP/EPDM/SGF 復(fù)合材料樣品的脆斷面 SEM 照片。從圖5-1（a1）和（a2）可以看出，SGF 沿流動(dòng)方向排列，這是由于復(fù)合材料熔體流經(jīng)扁平機(jī)頭時(shí)所受的拉伸流場所致。并且由圖可見，SGF 上還粘附著 PP，這表明經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的 SGF 與 PP 之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度得到提高。從圖 5-1（b1）和（b2）可以看出，EPDM 相主要呈層狀形態(tài)，并且存在一些液滴狀形態(tài)，因此單螺桿擠出機(jī) 2#的交替螺桿元件以及 HP 螺桿產(chǎn)生的混沌流場使 EPDM 相形成層狀形態(tài)。Zumbrunnen 等[70]研究了混沌混煉下 PS/LDPE 共混物形態(tài)演變的過程，發(fā)現(xiàn)兩相由于混沌混煉的拉伸折疊作用形成多層結(jié)構(gòu)，隨著混煉時(shí)間的加長，分散相形成了層與層之間互相聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)。黃漢雄等[71,72]通過單螺桿擠出機(jī)研究混沌混煉流場對 PP/PA6 共混物相形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)混沌混煉有利于共混物形成層狀結(jié)構(gòu)。

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結(jié)論

本文的主要目標(biāo)是研究玻纖增強(qiáng)高分子復(fù)合材料加工條件、流變特征、微觀形態(tài)和力學(xué)性能之間的關(guān)系。通過改變機(jī)頭結(jié)構(gòu)和螺桿轉(zhuǎn)速，研究了 PA6/MMT/SGF 復(fù)合材料的流變性能及其型坯壁內(nèi) SGF 的取向分布；通過改變混煉順序，研究了 PP/EPDM/SGF復(fù)合材料的微觀形態(tài)、流變性能和力學(xué)性能以及三者之間的相互聯(lián)系。研究得到如下結(jié)論。1.當(dāng)剪切速率較高時(shí)，MMT 和 SGF 在剪切發(fā)生取向，復(fù)合材料的剪切黏度比純 PA6 的高。MMT 和 SGF 會(huì)明顯提高 PA6 的復(fù)數(shù)黏度、儲(chǔ)能模量(G')和損耗模量(G")，同時(shí)使材料逐漸由 PA6 的彈性響應(yīng)占主導(dǎo)地位變成黏性響應(yīng)占主導(dǎo)地位。不同的螺桿轉(zhuǎn)速和機(jī)頭結(jié)構(gòu)會(huì)顯著影響(PA6/MMT)/SGF 復(fù)合材料的流變性能，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為 60rpm 時(shí)，經(jīng)發(fā)散型機(jī)頭擠出成型型坯壁內(nèi)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的次表層最厚，分別是經(jīng)平直型機(jī)頭擠出成型型坯的 5.51 倍和 6.14 倍。相同下復(fù)合材料的離模膨脹低于純 PA6 的離模膨脹。機(jī)頭結(jié)構(gòu)和螺桿轉(zhuǎn)速會(huì)影響 SGF 的取向分布。在經(jīng)平直型機(jī)頭成型型坯的壁內(nèi)，SGF 沿流動(dòng)方向取向。經(jīng)發(fā)散型機(jī)頭成型型坯的壁內(nèi)，SGF 形成外表層、次外表層、芯層、次內(nèi)表層和內(nèi)表層五層不同的取向分布，各層厚度隨螺桿轉(zhuǎn)速的變化而變化。外表層和內(nèi)表層中 SGF 沿流動(dòng)方向取向且外表層厚度大于內(nèi)表層厚度，芯層 SGF 的取向與熔體流動(dòng)方向成一定的角度，次外表層和次內(nèi)表層的 SGF 在復(fù)雜流場作用下形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。芯層 SGF 取向角隨螺桿轉(zhuǎn)速提高而增大，螺桿轉(zhuǎn)速從 20rpm 增加到 133rpm 時(shí)，取向角度對應(yīng)從 45°增大到 85°。

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參考文獻(xiàn)（略）

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本文編號：43321