短玻璃纖維增強(qiáng)塑料快速熱循環(huán)注塑成型制品沖擊性能研究

李 姣 張榮芳 白云磊 / 山東協(xié)和學(xué)院

短玻璃纖維增強(qiáng)塑料快速熱循環(huán)注塑成型制品沖擊性能研究

李 姣 張榮芳 白云磊 / 山東協(xié)和學(xué)院

短玻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在快速熱循環(huán)注塑成型過程中，由于熔體在模具型腔內(nèi)流動(dòng)的復(fù)雜性，會(huì)引起纖維取向和分布的不均勻。這種不均勻性會(huì)對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品的力學(xué)性能和表面質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。本文通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣進(jìn)行測試，研究模具溫度對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料快速熱循環(huán)注塑成型制品性能的影響規(guī)律，并揭示其內(nèi)在機(jī)理。

快速熱循環(huán)注塑；玻璃纖維增強(qiáng)ABS；拉伸試驗(yàn)；模具溫度

引言

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料注塑制品比單一聚合物注塑產(chǎn)品具有更加優(yōu)良的機(jī)械性能和熱性能，其使用價(jià)值越來越受到人們的重視。而在常規(guī)的注塑成型中，由于短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料熔體內(nèi)部纖維流動(dòng)過程的復(fù)雜性，容易出現(xiàn)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(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用。短玻璃纖維增強(qiáng)塑料快速熱循環(huán)注塑成型技術(shù)可獲得高質(zhì)量的纖維增強(qiáng)塑件，但國內(nèi)外對(duì)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(guī)律缺乏研究，本課題對(duì)短玻璃纖維增強(qiáng)塑料快速熱循環(huán)注塑成型工藝進(jìn)行了較為深入系統(tǒng)的研究，為該成型技術(shù)的工程應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

1.實(shí)驗(yàn)方法

按照ASTM D256，即《測定塑料的耐懸臂梁擺錘撞擊性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》的實(shí)驗(yàn)要求，將注塑得到的沖擊試驗(yàn)試樣利用缺口制樣機(jī)做出沖擊缺口，有缺口標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣如圖1所示。采用承德精密試驗(yàn)機(jī)有限公司生產(chǎn)的XC-5.5D型電子擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖2所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度23℃。

本文針對(duì)不同模具溫度下得到的短玻纖維增強(qiáng)ABS和短玻纖維增強(qiáng)PP兩種復(fù)合材料的單澆口和雙澆口標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。為了減少誤差，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)每一種試樣實(shí)驗(yàn)5次，然后取5次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值。

圖1 缺口沖擊試樣

圖2 XC-5.5D型沖擊試驗(yàn)機(jī)

2.結(jié)果與討論

圖3為試驗(yàn)獲得的模具溫度對(duì)纖維增強(qiáng)ABS單澆口和雙澆口試樣的沖擊強(qiáng)度的影響規(guī)律。由圖中曲線可以看出，對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沖擊試樣，隨著成型時(shí)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(qiáng)度都會(huì)呈上升的趨勢。

圖3 模具溫度對(duì)纖維增強(qiáng)ABS試樣抗沖擊強(qiáng)度的影響

從圖3中可以得出，在所測試模具溫度范圍內(nèi)，對(duì)于單澆口纖維增強(qiáng)ABS復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣，當(dāng)模具溫度為45℃時(shí)，沖擊強(qiáng)度最小，為，隨著模具溫度的升高，沖擊強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)模具溫度達(dá)到150℃時(shí)，達(dá)到?jīng)_擊強(qiáng)度的最大值，為，較45℃時(shí)提高了，相對(duì)變化量達(dá)到26.9%。單澆口纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型試樣的沖擊強(qiáng)度會(huì)隨著模具溫度的升高單調(diào)增大的原因，與試樣內(nèi)部的纖維取向分布有關(guān)系。隨著剪切層纖維取向程度的下降，纖維復(fù)雜程度越高，試樣中纖維既有垂直于熔體流動(dòng)方向的取向，又有平行于熔體流動(dòng)方向的取向。同時(shí)，沿試樣厚度方向上，隨著成型時(shí)模具溫度的升高纖維取向的分布趨于均勻。當(dāng)模具溫度為60℃時(shí)，試樣內(nèi)部沿厚度方向存在明顯地層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)模具溫度升高到160℃，沿厚度方向的纖維區(qū)向分布較為均勻，分層結(jié)構(gòu)趨于不明顯。

3.結(jié)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(xiàn)為試樣的沖擊強(qiáng)度隨著成型時(shí)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(qiáng)度的改善。對(duì)于纖維增強(qiáng)ABS來說，沖擊強(qiáng)度能提高26.9%。

[1]劉斌，趙春振.薄壁注塑成型中的變模溫控制技術(shù).塑料科技，2008，36（9）：44-48.

[2]李熹平, 趙國群, 管延錦, 李輝平.快速熱循環(huán)注塑模具加熱與冷卻過程分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).塑性工程學(xué)報(bào), 2009, 16 (1):196-201.

[3]張愛敏, 趙國群, 高軍, 陳國文, 嚴(yán)柳青.基于快速熱循環(huán)注塑工藝要求的ABS改性.合成樹脂及塑料, 2009, 26(2): 4-7.

[4]楊揚(yáng), 董斌斌, 劉春太. 成型溫度對(duì)纖維增強(qiáng)注塑熔接線拉伸性能的影響. 鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2004,25 (1):102-104.

2016年山東協(xié)和學(xué)院國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201613324078）。

李姣（1987—），碩士研究生，主要研究方向：注塑成型工藝和模具。