聚丙烯-纖維復(fù)合材料界面結(jié)晶及力學(xué)性能.pdf

1、纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料由于其優(yōu)異的綜合性能而受到廣泛的關(guān)注和研究，它的力學(xué)及物理性能不僅由基體和增強(qiáng)纖維本身的性質(zhì)所決定，復(fù)合材料的界面結(jié)晶形態(tài)也對其有很大影響，因此，調(diào)控基體與纖維的界面相結(jié)構(gòu)一直是研究的熱點(diǎn)。在半結(jié)晶性聚合物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，橫晶是一種常見的界面結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并且橫晶對界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響也被廣泛研究。在我們之前的研究中，通過改變纖維牽引速率引入不同剪切應(yīng)力的方法，來調(diào)控等規(guī)聚丙烯（iPP）/玻璃纖維（GF）單纖維復(fù)合

2、材料的界面結(jié)晶形態(tài)，由偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),在等溫結(jié)晶的條件下,界面剪切應(yīng)力對后期的等溫結(jié)晶形貌有很大的影響。然而關(guān)于剪切誘導(dǎo)iPP結(jié)晶，特別是誘導(dǎo)iPP產(chǎn)生β橫晶的機(jī)理以及橫晶對力學(xué)性能的影響還是懸而未決的問題，需要更加堅(jiān)實(shí)的論據(jù)對其進(jìn)一步的討論。因此本文的重要研究工作是：首先，借助本課題組搭建的一臺改進(jìn)型的纖維熔體牽引裝置，研究剪切對誘導(dǎo)界面結(jié)晶特別是β晶結(jié)晶的影響，同時(shí)利用不同分子量的iPP基體為對象，研究剪切條件下的iPP的結(jié)晶動

3、力學(xué)；其次，通過改變纖維牽引速率引入不同剪切應(yīng)力的方法，制備具有α球晶、α橫晶和β橫晶三種界面結(jié)晶形態(tài)的iPP/GF單纖維復(fù)合材料，并且利用單纖維斷裂試驗(yàn)和拉伸斷裂試驗(yàn)方法，研究結(jié)晶形態(tài)特別是晶型對界面剪切強(qiáng)度及力學(xué)性能的影響。
　　本論文主要的研究結(jié)果如下：
　?。?）在一定溫度下，通過改變纖維牽引速度引入不同的剪切應(yīng)力，然后等溫結(jié)晶，在偏光顯微鏡下觀察晶體的生長情況，進(jìn)而對其動力學(xué)進(jìn)行分析。同時(shí)，也研究了在剪切條件下，基

4、體分子量對iPP結(jié)晶形態(tài)的影響。結(jié)果表明：隨著剪切應(yīng)力的增加，三種分子量的iPP都依次得到α球晶、α橫晶、β橫晶等結(jié)晶形態(tài)。然而不同分子量的iPP對剪切應(yīng)力的響應(yīng)程度不同，也就是，相對于低分子量的聚丙烯，高分子量的聚丙烯更易誘導(dǎo)β晶的生成。β晶的生長速率隨著iPP基體分子量的增加逐漸降低，同時(shí)，隨著結(jié)晶溫度的升高，β晶的生長速率也逐漸降低。
　?。?）通過剪切誘導(dǎo)界面結(jié)晶方法，制備了界面為α球晶、α橫晶和β橫晶三種結(jié)晶形態(tài)的iPP

5、/GF單纖維復(fù)合材料，研究了三種界面結(jié)晶形態(tài)的取向結(jié)構(gòu)；利用單纖斷裂試驗(yàn)方法，測試了iPP/GF單纖復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度（IFSS）和拉伸強(qiáng)度（σ），探討了界面結(jié)晶結(jié)構(gòu)對IFSS和拉伸性能的影響。結(jié)果表明：界面剪切促進(jìn)了界面結(jié)晶層分子鏈的取向，并且剪切越強(qiáng)分子鏈取向程度越大，而這些取向的分子鏈最終導(dǎo)致了界面結(jié)晶形態(tài)的不同。隨著橫晶厚度的增加，界面剪切強(qiáng)度增大，而且界面剪切強(qiáng)度不僅受橫晶的影響而且晶型也對其有顯著的影響。對于界面為α球晶