短玻璃纖維增強塑料快速熱循環注塑成型制品沖擊性能研究

李 姣 張榮芳 白云磊 / 山東協和學院

短玻璃纖維增強塑料快速熱循環注塑成型制品沖擊性能研究

李 姣 張榮芳 白云磊 / 山東協和學院

短玻纖維增強復合材料在快速熱循環注塑成型過程中，由于熔體在模具型腔內流動的復雜性，會引起纖維取向和分布的不均勻。這種不均勻性會對纖維增強復合材料制品的力學性能和表面質量產生很大的影響。本文通過實驗，對標準沖擊試樣進行測試，研究模具溫度對纖維增強復合材料快速熱循環注塑成型制品性能的影響規律，并揭示其內在機理。

快速熱循環注塑；玻璃纖維增強ABS；拉伸試驗；模具溫度

引言

纖維增強復合材料注塑制品比單一聚合物注塑產品具有更加優良的機械性能和熱性能，其使用價值越來越受到人們的重視。而在常規的注塑成型中，由于短纖維增強復合材料熔體內部纖維流動過程的復雜性，容易出現纖維取向不均、表面纖維浮出、制件各向異性等缺陷，制約了纖維增強復合材料的發展和應用。短玻璃纖維增強塑料快速熱循環注塑成型技術可獲得高質量的纖維增強塑件，但國內外對其成型過程中的纖維取向、熔接痕形貌、表面浮纖等的變化規律缺乏研究，本課題對短玻璃纖維增強塑料快速熱循環注塑成型工藝進行了較為深入系統的研究，為該成型技術的工程應用奠定了一定的理論基礎，具有重要的理論意義和工程應用價值。

1.實驗方法

按照ASTM D256，即《測定塑料的耐懸臂梁擺錘撞擊性能的標準試驗方法》的實驗要求，將注塑得到的沖擊試驗試樣利用缺口制樣機做出沖擊缺口，有缺口標準沖擊試樣如圖1所示。采用承德精密試驗機有限公司生產的XC-5.5D型電子擺錘式沖擊試驗機進行實驗，如圖2所示，實驗時環境溫度23℃。

本文針對不同模具溫度下得到的短玻纖維增強ABS和短玻纖維增強PP兩種復合材料的單澆口和雙澆口標準沖擊試樣進行沖擊試驗。為了減少誤差，提高實驗的準確性，在本實驗中，對每一種試樣實驗5次，然后取5次實驗結果的平均值。

圖1 缺口沖擊試樣

圖2 XC-5.5D型沖擊試驗機

2.結果與討論

圖3為試驗獲得的模具溫度對纖維增強ABS單澆口和雙澆口試樣的沖擊強度的影響規律。由圖中曲線可以看出，對于纖維增強復合材料沖擊試樣，隨著成型時模具溫度的升高，無論是單澆口成型試樣還是雙澆口成型試樣，沖擊強度都會呈上升的趨勢。

圖3 模具溫度對纖維增強ABS試樣抗沖擊強度的影響

從圖3中可以得出，在所測試模具溫度范圍內，對于單澆口纖維增強ABS復合材料標準沖擊試樣，當模具溫度為45℃時，沖擊強度最小，為，隨著模具溫度的升高，沖擊強度逐漸增大，當模具溫度達到150℃時，達到沖擊強度的最大值，為，較45℃時提高了，相對變化量達到26.9%。單澆口纖維增強復合材料成型試樣的沖擊強度會隨著模具溫度的升高單調增大的原因，與試樣內部的纖維取向分布有關系。隨著剪切層纖維取向程度的下降，纖維復雜程度越高，試樣中纖維既有垂直于熔體流動方向的取向，又有平行于熔體流動方向的取向。同時，沿試樣厚度方向上，隨著成型時模具溫度的升高纖維取向的分布趨于均勻。當模具溫度為60℃時，試樣內部沿厚度方向存在明顯地層狀結構，當模具溫度升高到160℃，沿厚度方向的纖維區向分布較為均勻，分層結構趨于不明顯。

3.結論

模具溫度升高造成的這種纖維取向沿厚度方向趨于均勻的變化，在宏觀上表現為試樣的沖擊強度隨著成型時模具溫度的升高而增大，即較高的模具溫度有利于試樣沖擊強度的改善。對于纖維增強ABS來說，沖擊強度能提高26.9%。

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2016年山東協和學院國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：201613324078）。

李姣（1987—），碩士研究生，主要研究方向：注塑成型工藝和模具。