1、玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料界面性能的研究 3 X顾有伟 孙文强(北京化工大学材料科学与工程学院 ,100029)本文通过对复合材料力学性能的测试以及 SEM 扫描电镜等方法 ,研究了采用高温上胶剂处理前后的玻璃纤维对复合材料的影响。实验结果表明 :玻纤经高温上胶剂处理后 ,复合材料的力学性能得到明显提高 ,界面粘结性能得到改善。关键词 :玻璃纤维 聚醚醚酮 复合材料 界面PEEK是一种耐高温、耐化学试剂和刚、韧性优异的特种高分子材料 ,已在各个领域得到了应用。近年来 ,人们致力于复合材料 ,特别是高性能复合材料界面工程的研究 ,试图引入有利于纤维与树脂的粘结及形成有利于应力松弛的界面层或界面
2、调节剂 ,以制取综合性能优异的复合材料。本文采用一种高温上胶剂(溶剂型耐热高分子材料 ) 改善玻璃的表面缺陷 ,强化与基体树脂的粘结力 ,并使其在加工温度高达 400 时仍保护良好的加工性能。1 实验部分111 主要原材料PEEK(特性粘度 0178) :吉林大学 ;玻璃纤维 3 K:南京玻纤院 ;高温上胶剂 A :北京化工大学自制 ;高温上胶剂 B :北京化工大学自制 ;稀盐酸 :北京化学试剂研究所。112 设备高温脱胶上胶机 :自制 ; SJ - 20 单螺杆挤出机 :哈尔滨塑料机械厂 ; M20 - 55 精密注射机 :香港奥克兰公司 ;M80 - 210 精密注射机 :香港奥克兰公司
3、;电热干燥箱 202 - 1 :江苏东台电器厂 ;扫描电子显微镜 H- 800 - 1 :日本日立制作所 ; 万能材料试验机 IN2STRON - 1185 :英国。113 试样制备将玻纤在高温下脱胶 ,分别用上胶剂 A 和 B 浸渍 ,烘干 ; PEEK 粉料在 150 下烘 4h ;经处理过的玻纤、 PEEK ,经单螺杆挤出机造粒后注塑成型 ,制成各标准样条。2 结果与讨论211 玻纤表面处理及上胶剂对界面粘结性能的影响从图 1a 中可见 ,未经表面处理的玻纤表面光滑与基体树脂 PEEK的粘结性很差 ,受力时被光滑的从树脂基中拔出 ,在树脂基表面留下光滑的孔洞 ,这样的界面宏观的表现为复合
4、材料的力学性能差 ,玻纤基本上a b图 1 玻纤的表面处理对界面粘结性能的影响Fig 1 Effect of surface treatment of glass fiberon interface performencea - 玻纤未经表面处理 ;b - 玻纤表面经稀酸处理a b图 2 经上胶剂 A 处理后的玻纤对树脂粘合性的影响Fig 2 Effect of glass fiber treated by treating agent Aon resin adhesive forcea - 玻纤经上胶剂 A 处理后 ;b - 玻纤经上胶剂 A 处理后与基体树脂界面粘合性鱼鳞状纹第 28 卷第
5、 2 期2000 年 3 月塑料工业CHINA PLASTICS INDUSTR YVol 28 No 2Mar 2000X 国家“九五”重点攻关项目作者简介 :顾有伟 ,女 ,教授 ,主要从事耐高温材料的研究工作 ,承担国家七五、八五、九五项目多项。 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.没有起到增强作用。从图 1b 可见玻纤经稀酸刻蚀处理后 ,与基体树脂的粘结性有所提高 ,受力时 ,从树脂中拔出表面粘附少量树脂 ,但由于稀酸的刻蚀 ,使玻璃表面形成缺陷 ,实际表现为复合材料强度增加不明显
6、。从图 2 可以看到 ,经高温上胶剂 A 处理后的玻纤与树脂的粘合性明显增加。当玻纤受力从基体树脂中拔出时 ,表面粘附大量基体树脂 ,与基体树脂紧密包复 ,且拉成明显的鱼鳞片状 ,显示出玻纤与树脂良好的粘结性。212 玻纤表面处理对力学性能的影响表 1 上胶剂 A、 B 及未上胶 20 %GF 增强 PEEK的力学性能Tab 1 Mechanical properties of PEEK reinforced by glass fiberstreated by treating agents A and B and nontreated glass fiber拉伸强度 /MPa拉伸模量 /MP
7、a断裂伸长率 ,%弯曲强度 /MPa弯曲模量 /MPa冲击强度 /J m - 1缺口冲击强度 /J m - 1上胶剂 A 151 8195 212 222 6. 88 731 84. 3上胶剂 B 152 8196 212 225 6. 87 723 84. 9未上胶 125 6. 80 2. 3 190 5. 68 693 81. 5从表中看出 ,未上胶 GF/ PEEK 复合材料其力学性能远远低于上胶 GF/ PEEK 复合材料的力学性能。无论是上胶剂 A 或 B 都使力学性能大幅度提高 ,可以认为耐高温上胶剂中存在的表面化学基团对界面粘结强度的影响。213 玻纤表面处理对复合材料裂纹的阻
8、止作用a bc d图 3 玻纤增强 PEEK复合材料冲击断面的 SEM 照片Fig 3 SEM photo of fracture of PEEK compositereinforced by glass fibera - 以 GF 为边界的裂纹网络 ;b - 以 GF 为核心的网络 ;c - 横向 GF 对纵向裂纹的阻止 ;d - 纵向 GF 对横向裂纹的阻止从图 3 (a - d) 的玻纤增强 PEEK复合材料冲击断面的SEM 照片可以清晰的看到 ,图 3a、 b 当受到外力时 ,裂纹的发展纹路不是沿线性方向发展 ,而是沿 GF 为核心 ,形成网络状图形发展 ,这样有利于能量的消耗和阻止裂
9、纹的继续发展。图 3c 看到横向玻纤对纵向裂纹的阻止。图 3d 为纵向玻纤对横向裂纹的阻止。由此可见 ,玻纤增强材料的加入及经高温上胶剂处理后与基体树脂界面的粘结强度的提高 ,使复合材料的力学性能提高 ,尤其是冲击强度。3 结论1 使用高温上胶剂处理玻纤表面 ,可使与基体树脂PEEK紧密粘结 ,即使在高达 400 的加工温度下 ,仍保持良好粘结界面 ;2 高温上胶剂的使用 ,可有效的提高复合材料的力学性能 ,抗冲击韧性的提高显著 ;3 玻纤增强 PEEK复合材料界面粘结强度的提高对材料因受外力而产生的纵向或横向裂纹有有效阻止的作用。(本文于 1999 - 11 - 08 收到 )Study o
10、f Interface Performence of PEEK Reinforced by Glass FiberGu Youwei Sun Wenqiang( Institute of Material Sci and Eng ,Beijing University of Chem Eng)AbstractsThe effects of glass fiber treated by hi2temperature treating agent and non2treated glass fiber on the property ofPEEK composite were studied by
11、 means of mechanical property test and SEM. The results showed the mechanicalproperties and interface adhesion of the composite reinforced by the glass fiber treated by the treating agent increasedobviously and improved respectivelyKeywords :Glass Fiber PEEK Composite Interface14第 28 卷第 2 期 顾有伟 孙文强 :玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料界面性能的研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
