硅灰石复合材料性能的研究.pdf

工程塑料应用
2010年,第38卷,第8期
PP/POE/硅灰石复合材料性能的研究
付倬戴文利于海美陈佰全邹晓轩
(湘潭大学,湘潭411105)
摘要用基本断裂功(EWF)方法研究聚丙烯(PP)/聚烯烃弹性体(POE)/硅灰石复合材料的断裂行为,研究不
同硅灰石含量对复合材料断裂行为的影响,并把宏观断裂参数的变化与复合材料的微观结构联系起来,从物质结构
上寻求断裂参数变化的原因。结果表明,当PP/POF/硅灰石质量比为62/8/30时,PP/POE/硅灰石复合材料的比基
本断裂功为83kJ/m3,PP/POE硅灰石复合材料的断裂韧性主要取决于复合材料屈服后抵抗裂纹扩展的能力,PP
POE/硅灰石复合材料的塑性变形能力更依赖于屈服前的行为。相同大小的硅灰石制得的P/POF/硅灰石复合材料
的缺口冲击强度随着硅灰石含量的增加而降低。缺ロ冲击强度高的复合材料,比基本断裂功却较小,耐长期破裂性
也较羞,说明基本断裂功比缺口冲击强度更能揭示复合材料长期破坏行为的特征。
关键词聚丙烯断裂行为断裂韧性基本断裂功裂纹扩展
聚丙烯(PP)的冲击强度较低,特别是在低温和
B"op一屈服前的比塑性形变功;
高应变率下尤为明显,这使其在热塑性材料的应用
0。n-一屈服后的比基本断裂功
中受到了限制,橡胶相的加入可以克服以上缺点,但
B"on。一屈服后的比塑性形变功。
材料的刚性会随着櫲胶相的加入而降低。为了保持
除了很薄的平板,大部分的平板处于平面应力
材料刚性和韧性的平衡,笔者加入刚性的无机粒子和平面应变之间的状态,因此研究试样在过渡状态
填料硅灰石,制备PP/聚烯烃弹性体(POF)/硅灰石的断裂行为具有很重要的意义。一般认为纯平面应
复合材料并研究其断裂力学性能。
力“状态下试样应用基本断裂功的尺寸要求3t≤
为了研究材料的断裂行为,K.B. Broberg提出≤m(试样宽度)/3,纯平面应变状态下试样应用
了基本断裂功(EWF)的方法,随后被J. Karger-Koc-基本断裂功的尺寸要求为≤,此试样的尺寸处于
sis等广泛应用2別。由于断裂过程发生在内部区,两者之间即过渡区t<<3t,对于过渡区的数据处
塑性形变发生在外部塑性区,断裂过程中消耗的总理用指数函数或线性函数回归2-8,笔者用线性
功昭被分为基本断裂功和非基本断裂功W。,其回归来处理过渡区的数据,通过比较加人不同含量
关系如式(1)
的硅灰石和POE引起的材料断裂行为的变化,并将
W=W+W
1)宏观断裂参数的变化与材料的微观结构联系起米
W还可以进一步以式(2)表示:
从物质结构上寻求断裂参数变化的原因。
W,=0。??l+Bw。?t?l2
(2)
实验部分
式中:。一比基本断裂功;
原材料
试样厚度
PP:H045,湖南长盛石化有限公司
l一韧带长度(即缺口剩余长度);
硅灰石:NFW-XA800,18m,新余市南方砫
比塑性形变功;
灰石实业公司;
比非基本断裂功
POE: ITAFMER A7007,α-烯烃共聚物,日本三
试样韧惜单位面积上的比总断裂功の、屈服前井弹性体新加技分公同。
的比总断裂功0,成颈一撕裂过程的比总断裂功1.2设备及仪器
分别为公式(3)~(5):
双螺杄挤出机:SJSH-30型,南京橡塑机械
W
0。+Bao
注塑机:HTB-80型,宁波海天塑料机槭公司;
缺口制样机:XQZ-1型,承德金建检测仪器有
限公司
5
式中:to
屈服前的比基本断裂功
收稿吕期:2010-06-13
付倬,等:P/POE/硅灰石复合材料性能的研究
23
电热鼓风干燥箱:101-2B型,天津市泰斯特着位移的继续增大,载荷缓慢地降低,最后至试样撕
仪器有限公司;
裂。由此可见,试样均在完全屈服后断裂,呈牣性断
高低温冲击试验机:J-20W型,长春市智能仪裂的特征,符合基本断裂功的使用前提?。
器设备有限公司;
1200
电子万能试验机:RCT-10型,深圳瑞格尔仪
800
器有限公司;
差示扫描量热(DSC)仪:DSC-Q10型,美国
400
PE公司
81216202
扫描电子显微镜(SEM):JSM-6390LV型,日
位移/mm
本JEOL株式会社。
图2不同试样的载荷一位移曲线
1.3试样制备
2断裂功参数的测定及变化
将PP粒料、硅灰石及POE粒料按一定质量比
图3为不同DENT试样的断裂功与的关系
在搅拌机内高速搅拌去湿后,在同向双螺杆挤出机图。由图3可知,实验得到的各种复合材料的数据
上挤出造粒,然后将干燥后粒料加入注塑机,注射成点之间均呈良好的线性关系,线性回归系数(R)基
厚度为4mm的矩形试样,并用缺口制样机制成不本在0.92以上,保证了所得断裂参数的可靠性。
同值(4~-8m)的尺寸为60mmx10mx4m
的双边缺口拉伸试样(DENT),其外观图如图1所
E200
示。复合材料质量百分比如表1所示。
尽
0∞0
a6
180
图1DENT试样的外观图
表1PP/POF/硅灰石复合材料的质量组成
140
试样编号
硅灰石
PP
NE.又却点
b)
1.4性能测试
用电子万能实验机在室温下测试不同组成试样
在l=7mm的载荷,测试速度为10mm/min
00
缺口冲击强度按GB/T1043-1993测试,缺口
80
深度4.1mm;
将试样断面喷金,用SEM观察断面形貌并拍
照
2结果与讨论
2.1PP/POE/硅灰石复合材料的断裂行为
a--2#:b--3
图2为不同试样的载荷一位移曲线。记录试样
图3不同DENT试样的断裂功与l的关系图
从开始拉伸到撕裂的力学过程,曲线以下的面积是
将r与线性回归后,得到的直线截距即为材
总断裂功。从图2可以看出,随着位移的增加,承受料的0。,直线斜率即为材料的Bo,。将,与以线性
的载荷逐渐增大,出现最大值后,迅速成颈,然后随回归后,得到的直线截距即为材料的0。y,直线斜率