隨著纖維增強復合材料的發(fā)展，熱塑性復合材料由于具有較高的環(huán)境穩(wěn)定性、高沖擊強度、可回收性等優(yōu)點受到了日益廣泛的關注，其中短纖增強熱塑性復合材料已商品化且應用十分廣泛。但目前商品化的短纖增強復合材料在抗沖擊性能等方面仍顯不足，因此復合材料的應用范圍受到一定的限制。而長玻纖增強復合材料的出現(xiàn)，不僅可以提高玻纖含量，而且可以使復合材料的性能得到大幅提高。但傳統(tǒng)的制備長玻纖增強熱塑性復合材料的工藝u' ，如熔融浸漬法、懸浮液浸漬法、溶液浸漬法、流態(tài)化床浸漬法等以及一些新型的生產方法，如反應注射拉擠成型法等，都存在一些缺點。本文針對傳統(tǒng)熱塑性復合材料生產工藝的缺陷，采用新的熔融浸漬法制備了長玻纖增強PET復合材料，對注塑樣品的力學性能及界面性能進行了研究。

1 實驗部分

1．1 長玻纖增強PET切片的制備

       采用自制的長玻璃纖維浸潤裝置，以PET樹脂浸漬長玻璃纖維，經切粒后得到長度為6 mm的長玻璃纖維增強PET預浸料切片，然后在一定溫度下熱處理。

1．2 長玻纖增強PET切片的注塑成型

        將上述熱處理的切片按表1的工藝條件注塑成型，注塑后的樣條置于干燥器中待用。

1．3 長玻纖增強PET復合材料性能測試

       性能測試包括力學性能測試(拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度)及熱變形溫度測試，其測試方法均按照ASTM標準進行。

表1 長玻纖增強PET的注塑條件

1．4 纖維長度分布的測定

       將注塑樣條經燒蝕去除基體樹脂后，將纖維分散到1％的丙三醇水溶液中，滴數滴懸浮液在載玻片上，干燥后，將載玻片放在OLYMPUS BH2一UMA光學顯微鏡下觀察，經計算得出數均纖維長度L 及重均纖維長度。

1．5 掃描電鏡(SEM)觀察

       采用日本電子株式會社JSM一5600LV型掃描電鏡觀察長纖增強PET注塑樣條的斷面形貌。

2 結果與討論

2．1 玻纖用置對長玻纖增強PET復合材料力學性能的影響

圖1 玻纖用量對長玻纖增強PET復合材料拉伸強度和彎曲強度的影響

圖1是玻纖用量對長玻纖增強PET復合材料拉伸強度和彎曲強度的影響。從圖1可看出，隨著玻纖用量的增加，其拉伸強度不斷增大；當玻纖用量達50％ 時，注塑樣條的拉伸強度比玻纖用量為20％ 時的提高了約22％ 、而且玻纖用量在20％ ～50％ 之間時，每增大10％ ，其拉伸強度平均提高7％。復合材料的彎曲強度也隨著玻纖用量的增加而不斷增大。當玻纖用量達5O％ 時，復合材料的彎曲強度可達292MPa，遠遠高出采用熔融浸漬法生產的同類產品。

圖2 玻纖用量對復合材料沖擊強度和彎曲彈性模量的影響

圖2是玻纖用量對復合材料沖擊強度和彎曲彈，陛模量的影響。從圖2可看出，在玻纖用量為40％時，
長玻纖增強PET復合材料的沖擊強度最大，但繼續(xù)增加玻纖用量，沖擊強度反而下降。界面的完整理論認為：一般情況下，當復合材料受到外加載荷時，產生的應力在復合材料中的分布是不均勻的，在界面的某些結合較強的部位常會集中比平均應力高許多的應力、界面的不完整性和缺陷同樣也會引起界面的應力集中。界面的應力集中首先會引起應力集中點的破壞，形成新裂紋，并引起新的應力集中，從而使界面?zhèn)鬟f應力的能力下降。玻纖的大量加入，破壞了PET樹脂的均一性，形成了更多的應力集中區(qū)，當材料受到沖擊時，應力集中區(qū)首先受到破壞； 因此， 沖擊強度不是簡單的隨著玻纖用量的增加而增大，而是在某一用量時達到最大值。

       從圖2還可看出，隨著玻纖用量的增加，其彎曲彈性模量不斷增大。其中，玻纖用量為50％時復合材料的彎曲彈性模量比玻纖用量為20％時提高了一倍多。

       眾所周知，在纖維增強復合材料中，纖維主要起承載作用；因此，一般來說，基體中纖維的含量越高，其增強效果越顯著。綜合實驗結果及實際材料的制備工藝考慮，玻纖用量介于40％ ～50％之間較為適宜。

2．2 長玻纖增強PET復合材料的力學性能比較

表2 長玻璃纖維增強PET復合材料的力學性能比較

 

表2對自制的長玻纖增強PET復合材料的力學性能與商品化的采用熔融浸漬法生產的同類產品進行了比較。

       由表2可看出，與相同玻纖用量的采用熔融浸漬法生產的長纖增強PET商品相比，本實驗產品的拉伸強度提高了20％，彎曲強度提高了7％ ，而沖擊強度提高了27％ ，這主要得益于基體樹脂與玻纖之間
形成的良好的界面粘合。

2．3 玻纖用量對制品中玻纖長度分布的影響

       理論上講，長纖維的增強效果遠遠好于短纖維。對界面強度相等、纖維長度不同的增強體系而言，纖維長度越長，纖維與樹脂的界面粘結力就越大，樹脂所受的負荷就能很好地傳遞給纖維，因此復合材料的強度也就越高。從復合材料斷口形貌也可以看出(見圖3)，斷口拔出的纖維很長，需要消耗越多的拔出功。由于纖維需要承受來自基體的載荷，因此，長度增加，承受的載荷越大。

表3 不同玻纖用量的長纖增強PET復合材料注塑樣品中的纖維長度

       表3是不同玻纖用量的PET復合材料注塑樣條中纖維的長度及其分布。表3可以看出，隨著玻纖用量的增加，纖維的平均長度呈下降的趨勢。這主要是由于隨著纖維用量增加，纖維之間、纖維與機械及纖維與樹脂之間的摩擦增大，纖維的磨損也隨之增加。本實驗的復合材料注塑樣品中的纖維平均長度明顯低于文獻-5’6 J中長纖增強復合材料的纖維平均長度。這有兩方面的原因：第一，原始纖維長度較小，僅為6mm；第二，由于注塑設備限制，注塑采用了短纖增強復合材料的條件。但由本工藝制備的長纖增強PET的力學性能仍優(yōu)于熔融浸漬法制備的長纖增強PET。
 

2．4 復合材料的界面性能研究

       復合材料要求纖維與基體材料之間能夠形成具有一定結合強度的界面。適當的界面結合強度不僅有利于提高材料的整體強度，更重要的是便于將基體所承受的載荷傳遞給纖維，以充分發(fā)揮其增強作用。從圖3各斷面的SEM照片可以看出，包埋在樹脂中的單根玻璃纖維表面均覆蓋有一層基體樹脂，這可能是由于玻纖與樹脂間在長玻纖增強PET制備過程中已發(fā)生了化學接枝，形成了良好的界面、從而使應力能夠通過界面有效傳遞，并使材料的力學性能明顯提高。

圖3 長玻纖增強PET注塑樣條斷面的SEM照片

3 結論

       1)采用本文提出的工藝方法能夠制備出具有良好的界面粘合性及力學性能優(yōu)良的長玻纖增強PET復合材料。

        2)玻纖用量對長玻纖增強PET的力學性能有一定的影響， 當玻纖用量在40％ ～50％之間時，其綜合力學性能達到最佳。

        3)長玻纖增強PET注塑樣條中，玻纖長度隨纖維用量的增加而有所降低。