PP纳米复合材料断面形貌分析及拉伸行为有限元模拟.pdf

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1、62工程塑料应用2011年，第39卷，第2期PP纳米复合材料断面形貌分析及拉伸行为有限元模拟冰高明瑞伍玉娇陈雨玲谢高福李娟(1．贵州大学材料与冶金学院，贵阳550003；2．国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵阳550014)摘要采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)／纳米TiO，复合材料，利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料的冲击和拉伸断裂行为，最后采用有限元法对复合材料的拉伸行为进行了数值模拟。结果表明，复合材料的冲击韧性较纯PP有很大程度的改善，但其拉伸断裂方式仍为脆性断裂。拉伸过程中，大的团聚体首先与基体PP相脱离，纳米粒子及其表面的柔性界面

2、层作为一个整体与基体PP脱粘。当无机纳米粒子的质量分数较小(1％)时，单个粒子的微区应力场受其他粒子的影响不大，微区应力场重叠或交叉现象不明显；在不同载荷作用下，无机纳米粒子与PP相互作用区域应力增量最为明显，即当应力增大时，界面相首先发生破坏，无机纳米粒子’与基体脱粘。关键词聚丙烯纳米TiO，断面形貌拉伸行为有限元分析材料的韧性是评价聚合物及其复合材料力学性1．2主要仪器与设备能的重要指标，脆性断裂时材料吸收弹性储能，仅有同向双螺杆混炼挤出机：TSE一40A型，南京瑞部分应变储能被分散，剩余的能量转化为动能，因此亚高聚物设备有限公司；悬臂梁冲击试验时试样断成两半并飞出；而韧性断注射

3、成型机：CJ80MZ—NCII型，震德塑料机械裂时，试样部分断裂并在断裂面处出现应力发白区，有限公司；而且常常伴随有纤维状聚合物出现。陈明等采液晶式摆锤冲击试验机：ZBC一4B型，深圳新用Vu—Khanh—plot理论结合扫描电子显微镜三思计量技术有限公司；(SEM)照片探讨了聚氯乙烯(PVC)／甲基丙烯酸甲微机控制电子万能试验机：WDW一10C型，上酯一丁二烯一苯乙烯塑料(MBS)的断裂韧性。杨海华龙测试仪器有限公司；呜波等结合SEM照片研究了不同接枝物配比对SEM：KYKY一2800BSEM型，北京中科科仪技云母填充聚丙烯(PP)复合材料界面结合、断裂行为术发展有限责任公司；参数

4、的影响。何嘉松等对液晶聚合物(LCP)／尼透射电子显微镜(TEM)：TeenaiGF2型，美国FEI公司。龙6共混体系受拉后的断面形貌观察表明，在增容体系中，LCP微球很好地镶嵌在尼龙6基体中，粒子1．3试样制备在一定工艺条件下用偶联剂NDZ一201对纳米脱落的空洞发生了较大的形变。因此，断面形貌分TiO进行有机改性，采用熔融共混法制备TiO质析始终是聚合物材料强韧化研究的基本方法。量分数为1％、1．5％、2％、2．5％的PP／纳米TiO，复笔者以复合材料微观结构表征为基础，探讨合材料，然后注射成型制出标准试样。PP／TiO复合材料的韧性，并借助有限元分析来构建1．4性能测试数学模型

5、，进一步明确材料参数与性能的关系，为高拉伸性能按GB／T1040．1—2006测试，拉伸速性能聚合物复合材料的开发提供必要的依据和指率50mm／min；导。缺口冲击性能按GB／T1843—1996测试；1实验部分断面喷金后在SEM下进行形貌分析；1．1主要原材料用TEM考察纳米粒子在基体中的分散性，测试PP：T30S，广东茂名石化公司；前需将试样低温冷冻超薄切片，厚度大约100nm，纳米TiO：金红石型，粒径20nm左右，安徽科测试时发射电压80kV。纳新材料有限公司；钛酸酯偶联剂：NDZ一201，南京道宁化工有限贵州省自然科学基金项目(黔科合J字[2010]2004)、贵州大公司；

6、学研究生创新基金资助项目无水乙醇：99．7％，上海和逸化工有限公司。收稿日期：2叭0一l2一l0高明瑞．等：PP纳米复合材料断面形貌分析及拉伸行为有限元模拟632结果与讨论力等，此外材料的拉伸也会对该结构产生影响。纯2．1复合材料的力学性能PP断面(图2a)较为平整，无大的凸凹与起伏，为脆表1列出了纯PP和PP／纳米TiO，复合材料的性断裂；PP一1复合材料断面(图2b)局部略有粗力学性能。由表1可以看出，在PP中加入少量有机糙，但整体仍较为光滑，断面垂直于主拉伸方向(图改性纳米TiO即可大幅提高PP的力学性能，复合2c)，因此复合材料的拉伸断裂方式仍应为脆性断材料PP一1的拉伸强度

7、和冲击强度较纯PP分别提裂，但断面边缘已经出现了具有韧性断裂典型特征高了约13．6％和60．7％。可见，纳米TiO，对PP起的纤维区(图2d)。PP一1的拉伸断裂源区(图2e～到了既增强又增韧的作用。图2g)光滑平坦，出现了一些大的圆形和半圆形空表1纯PP和PP／纳米Ti()2复合材料的力学性能穴，每个空穴里都有一个团聚体，团聚体表面可见聚试样拉伸强度／MPa拉伸屈服强度／MPa冲击强度／kJ-11合物拉伸时被拔出去的痕迹，但很难看到丝状纤维，PP36．O