纤维增强聚酰胺6复合材料的结构与性能研究

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纤维增强复合材料的性能不仅与基体树脂的性能有关,在很大程度上还同纤维的类型与特性有相关。本文以无机的玻璃纤维(GF)与有机的PET纤维(PET-F)作为研究对象,选取了EAA作为纤维增强复合材料的抗冲击改性剂,分别与基体树脂通过熔融共混制备了纤维增强聚酰胺6复合材料。重点探讨了有机的PET纤维在基体树脂中相形态的分布,及不同的纤维类型对复合体系的性能影响。通过拉伸试验机、简支梁冲击试验机,差示扫描量热仪(DSC),扫描电子显微镜(SEM),高级流变仪(ARES)等测试方法,对复合体系的各项性能进行研究与表征。力学性能研究表明:GF,PET-F,PET-F/GF的加入对复合体系的拉伸与弯曲强度,拉伸与弯曲模量均有不同程度的提高作用,PET-F/GF增强的效果最明显,当PET-F/GF配比为10/30时,其拉伸与弯曲强度,拉伸与弯曲模量,与纯PA6相比,分别提高了47%、82%,95%、169%,而缺口冲击强度维持在9.5kJ/m2附近,综合力学性能优良。对于PET-F增强PA6复合材料,PET-F以纤维状的相形态分布于基体树脂中时,其拉伸强度、弯曲强度明显高于PET-F以近似球状的形态分布于基体树脂中时,其缺口冲击强度则呈相反的趋势。复合体系的断面微观形态观察表明:235℃加工温度下制备PET-F/GF增强PA6复合材料试样中,PET-F确实以纤维状分布于基体树脂中。GF增强PA6,PET-F/GF增强PA6复合体系试样中,玻璃纤维在基体树脂中分布均匀且有一定的取向,与基体树脂界面粘结性好,在PET-F/GF增强PA6复合材料中,PET-F以微小粒子的形状分布于基体树脂中。复合体系熔融及结晶行为研究表明:玻璃纤维对复合体系的结晶起异相成核的作用;PET-F以纤维状分布于基体树脂中时对复合材料的结晶抑制作用更明显。GF增强PA6复合材料的结晶度比纯PA6的结晶度高,而PET-F增强PA6、PET-F/GF增强复合体系的结晶度均低于PA6。复合体系的动态流变行为研究表明:复合体系的复数粘度随纤维含量的增加而增大,随频率的增加而降低,均存在剪切变稀行为,GF增强PA6、PET-F/GF增强复合材料的剪切变稀行为更明显。复合体系的储能模量、损耗模量随纤维含量的增加而增加,在低频率区域对纤维含量的依赖性高于高频率区域,复合体系在纤维含量达到一定值时,均出现模量第二平台,表现出似固体行为。
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