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1、玻璃纤维增强聚丙烯片材挤压流动行为研究第l9卷第11期武汉科技学院2006年11月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFSCIENCEANDENGINEERINGVoLl9No,llNOV.2006玻璃纤维增强聚丙烯片材挤压流动行为研究蔡浩鹏,王钧,徐任信,黄绪棚2(1武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070;2武汉化工学院研究设计院,湖北武汉430073)摘要:本文使用挤压流动技术研究了玻璃纤维毡增强聚丙烯片材(GMT)的各向异性流动行为.GMT的增强材料是采用干法制造的连续纤维针刺毡.实验中GMT/PP圆片试样放在平行模板间,在200℃下进行
2、轴对称等温挤压流动研究,由试验机自动记录挤压过程中挤压力与合模速度和位移的关系.最后,通过两种简单的数学模型来模拟挤压流动:纯拉伸流动和纯剪切流动.研究结果表明:GMT挤压流动过程中拉伸流动为主导流动,剪切应力的影响较小,可以应用拉伸流动模型来预测压力的大小.关键词:玻璃纤维毡增强热塑性复合材料;挤压流动;拉伸模型中图分类号:O631.2文献标识码:A文章编号:lOO9—5160(2006)--0033--05PP/GMT(GlassMatReinforcedPolypropyleneSheet)复合材料是以连续玻璃纤维毡或连续玻璃纤维针刺毡为增强材料与改性聚丙烯为基体复
3、合而成的一种片材.GMT片材可通过压缩模塑(CompressionMolding)~造较大,较轻,形状复杂的部件,且尺寸稳定性好.因为GMT成型制品仅需要物理加工,所以生产周期短,生产效率高,成本低….为了提高效率,降低费用,必须对材料在模具中的流动行为有足够的了解.对于材料工艺的研究,我们的首要任务是要确定材料的流变学参数.但是由于GMT材料中含有连续玻璃纤维毡,毛细管流变仪和旋转粘度计不能直接用来测量其流变学参数.挤压流动技术(SqueezeFlowTechnique)是一种常用的GMT材料的流变学性能的测试技术.这是因为其宴验简单,和制品的压缩模塑过程很相似,凶而对
4、于测试连续纤维毡增强的复合材料是很方便的.挤压流动测试方法的主要困难在于实验过程中很难限制边界条件.最近l0年来,许多研究者对GMT材料的流变学行为进行了不同的探索,但由于材料结构和实验条件不同,获得的流变学行为有差异,还无一个通用的计算方法雎'31.Kotsikos[41等重点研究了PP/GMT材料流动行为的特征,调查了在压缩模塑过程中的边界条件,描述了材料等温挤压流动实验的初步结果.研究者的作表明:GMT材料在挤压流动过程中,实际的流动形式可能是介于纯剪切流动和纯拉伸流动两者之间的中间形式,也有可能随挤压过程的进行流动形式发生变动.本文针对美国Azdel公司生产的PP
5、/GMT复合材料,首先考察了圆盘试样轴对称等温挤压流动过程中材料变形的宏观形态.其次,通过测量挤压压力变化规律,应用纯拉伸流动模型和纯剪切流动模型,分别导出描述GMT材料宏观行为的流变学参数,通过比较实际压力变化情况和模型预测的差异,分析了GMT材料挤压流动过程中主要影响因素.1实验部分1.1材料玻璃纤维毡增强聚丙烯片材:美国Azdel公司.基本性能:3mm厚,玻璃纤维含量40%,基本性能见表1.1.2实验过程将GMT片材裁剪成直径为80mm的圆片,放入上下两块平行的圆形平板模上进行等温挤压实验.两平板模南电热棒加热,温度控制在200+1℃.单层GMT片材放入下板的中心,
6、加热15分钟,确保温度和模具温度收稿日期:2006.08.30作者简介:蔡浩鹏(1979--),男,博士研究生,研究方向:树脂基复合材料的研究及开发基金项目i国家"863"项目(项目编号:2003AA305920)34武汉科技学院2006年相同.加热过程中材料会发生膨化,先无载荷加热,然后上板以恒定速度向下运动施加载荷,速度范围为0.5—2mm/s.挤压过程中载荷与位移曲线由深圳瑞格尔有限公司RGT-30微机控制电子万能材料实验机自动记录,从试样初始厚度开始记录载荷.考虑到在实际成型过程中材料的压缩比并不大,实验过程中片材压缩到初始厚度的60%.压缩完后,模具冷却到120
7、~C,确保样品脱模后不变形.实验前,模板使用丙酮除去油污,并涂抹石蜡,如图1所示.2结果与讨论.圈1横板挤压试样示意圈2.1挤压宏观形态分析单层片材挤压到不同厚度,置于马弗炉中,600~C下灼烧4小时,使基体树脂完全分解得到纤维分布状态如图2所示.可以看出,单层GMT片材挤压变形后基本上是圆形的,说明单层Azdel公司的GMT片材在平面内各方向是均匀变形,平面内X,Y方向的拉伸粘度是相同的.另外,单层片材经挤压向四周流动,纤维毡依然是一个整体,形状基本上是一个圆形,大小和挤压后的片材一样,但是边缘的纤维明显比中心的稀薄一些.这
