团状模塑料_bmc_的增强与破坏

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1、? ? ? 年绝缘材料通讯第?期团状模塑料?的增强与破坏黄凤来顾钧扬中山大学? ? ?摘要团状模塑料是一类粒子分散和纤维增强相结合的多相复合体系。研究其结构与破 坏强度的关系,合理 选用材料,有利于提高产 品的可靠性和使用寿命。叙词团状模塑料基体玻璃纤维破坏强度目?舀团状模塑 料? ?主 要由不饱和聚酷树脂短切玻璃纤维以及粉状填料组成的纤维块状或油灰状预成型材料。与主 要由树脂和玻璃纤维二 组份构成的玻璃钢?即玻璃纤维增强复合材料?不同,?体积含 量 最大的是树脂、填料和 短切玻璃纤维三种组份,是 一类粒子分散型复 合材料?树脂粘结 了大量粉状 填料?和纤维增强复合材料结合起来的多相复合体系。

2、调节树脂、填料、纤维和各种添加剂的种类、用量及结 合方式可制成各种所需要物理性能和力学性能的?。因 此,?也就愈来愈广泛地被应 用 于电气、电子工 程、运输、化工和日用品等领域。本文把树脂和粉状填料预先配 合,以这一粒子分散型复合 材 料 作 为“基体”、用短 切玻璃纤维增强,研究玻璃纤维在“基体”中的存在形态与?制品 力学性能的关系,用以指 导产品设计对材料的合理选择,提高产品的可靠性和使用 寿命。材料预先混合,然后在?形捏合机中与玻璃纤维捏合制成团状模塑料。?预浸溃玻璃布制备把不饱和聚酷树脂、过氧化物及辅助剂涂敷在玻璃布上制成预浸溃布。?压制成型把定量的团状模塑料和预浸渍布放在模具中,?一

3、? ?,热压,加工成力学性能测试用样条。?力学性能测定把样条按? ?有关标准进行拉伸、弯曲、冲击等性能测定。?结果和讨论? ? !?的“基体”与玻璃钢的树脂基体的差别表?填料对力学性能的影响项项目目单位位?树脂脂加有填 料的?“基体”拉拉伸强度度? ? ? ? ? ? ?弯弯曲强度度? ? ? ? ? ? ? ?冲冲击强度度?之之? ? ? ? ?实验主要原材料表?不同墓体 的复合材料性能? ?一? ? 不饱和聚脂树脂巴斯夫树脂有限公 司玻璃纤维短切纱上海耀华玻璃厂?无碱方格布常州? ?厂碳酸钙嘉邦化工 厂?团状模塑料制备把不饱和聚酷树脂、碳酸钙及其他辅 助项项目目单位位树脂基体体粒子填充树脂

4、基体体? ? ? ? ? ? ?玻璃钢? ? ? ? ? ?纤纤维含量量? ? ? ? ? ?纤纤维形态态态方格布布? ?短切纱纱拉拉伸强度度? ? ? ? ? ? ? ?弯弯曲强度度入 ? ? ? ? ? ? ? ? ?冲冲击强度度? ?之之? ? ? ? ? ?年绝缘材料通讯第?期在一般纤维增强复 合材料中,高强度、高模量的纤维是理想的力学承载体。基体的作用是提供一个连 续的介质,从结构上保证纤维的载荷传递,同时又在纤维 间起着分散和传递载荷的作用。在这种复合材料中,纤维和基体之间好的结合面一界 面 是非常重要的。但是在?中,由于填料 的存在,?“基体”的强度大大低于树脂的强度?表?,而且

5、由于填料的存在,又使?中树脂与纤维结合的界面大为减少,与纤维粘结性变差,对树脂传递负载和均衡负载的作用产生严重的影响,这就影响了玻璃纤维整体强度的发挥。表?是采用 不 同基体的两种复合材料性能的对比。它们 的纤 维含 量 相差 不太大,但力学性能 却相差 悬殊。除了纤维形 态的影 响外“基体”的影响更为重要。在受外力作 用时,?“基体”很容易 开裂破坏,妨碍了玻璃纤 维强度的发挥。在?中,填料起 了很大的负面作用。因此,不 同的填料、填料的不 同表面性质?填料的不同含 量将会对?产 生很大的影响。因此,在设计?配方时,必须充分注意如何尽可能弥补这一 致命缺陷。?玻璃纤维含?与?强度的关系通过

6、测定不 同玻璃纤维含量?的 力学性能?表?,发 现在较低纤 维含量范 围内,基体和 界 面的剪切强度低,纤维的拉伸强 度高,在基体裂纹尖端处,纤 维 断 裂前,界面 先脱胶,然 后 基体开裂,纤维断裂、拔 出,吸收大量能量,断口显示的是脆性破坏 和拉伸破坏并存,所以强度增高。值得指出的是,比较不 同纤维含量和?强度的变化率 发 现,?的力学 强度不符合玻璃钢常用的线性复合规律。我们分析认为,复合规律里用 的 是 纤维体积?的额定值,而不是实际有效值。?的纤维分布均匀性比玻璃钢差,每个?试样的?误差 很大。在捏合制备和模压成型时,纤维极容易成球、平行和成丛?图?。表?不同玻璃纤维含?的力学性能编

7、编号号号? ? ?材材? ? ? ? ?廿廿树树脂含量量? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?玻玻纤含量量? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?玻玻纤长度度? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?弯弯曲强度度? ? ? ? ? ? ? !? ? ? ? ? ? 、 汽, ,? ? ?拉拉伸强度度? ? ?,? ? ? ? ? ? ? ! ?!? ? ? ? ? ? ?冲冲击强度度? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?卿卿卿耀耀 翔翔翔瞬巍巍 醉醉毯, ,图?引起玻璃纤维 分布 不 均匀的原因成球?玻纤太长、纤维卷成球状,形成不相

8、连接的强度“海 岛”成片?短 切玻纤很容易形成此现象成丛?纤维集束性破坏,松纤维与“基体”掺 合不完全,在固化前从“基体”中析出。?随 纤维含 量 的增 加,力学 强度也增 大。显然,这是由于?“基体”的强度远远低于玻璃纤维的强度,?的强度仍 然主要 是 由玻璃纤维的含量和布置所决定。纤维含量低,缺乏纤维 的区域增多,试件断口较为平整,呈现明显的脆性破坏。而在纤维含量高时,因为?因此,各个?试样的强度差异较大往 往要用实验结果的统计数据来表明。表?还指出,由于实验使用的捏 合机形式的影响,当?中的玻璃纤维含量增加到 一定值后,纤维集束性破坏也增大,松散纤? ?年绝缘材料通讯第?期维增多,“基体

9、”和纤维掺合更 不完全,树脂和纤维难以充分结合。界面结合不 良,力学 强度反 而下降。?玻璃纤维长度与?强度的关系表?不同玻璃纤维含量?的冲击强度表?不同玻璃纤维长度的?的力学性能项项目目单位位测试数据据玻玻纤长度度? ? 飞飞? ? ? ? ? ? ? ?玻玻纤 含量量荡荡? ? ? ? ? ? ? ? ? ?弯弯曲强度度? ? ? ? ! ! !? ? ? ? ? ? ? ? ?冲冲击强度度? ? ? ? ? ? ? !? ? ? ?。? ? ? ? ?拉拉伸强度度? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?拉拉伸离散散? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?系系数? ?

10、? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?玻玻璃纤维含量量? ? ? ? ? ? ? ? ? 玻玻璃纤维长度度?们, ,? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?冲冲击强度度? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表?不同玻璃纤维长度?的冲击强度玻玻璃纤维长度度价? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?玻玻璃纤维含量量? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?冲冲击强度度?之之? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?比较不 同玻璃纤维 长 度?的力

11、学 性能?表?,我 们 发现在 较短 的 长度 范围内,随着玻璃纤维长度的增 加,?的平均强度也增大。离散系数减少,我们认为?这 是 由于 纤维愈长,破坏时 纤维 拔 出的长 度愈 大,吸 收能量愈多,表现的强度也就愈大。然而 当纤维长度增加 到 一定数值后,由于实验是 在 一般的?形捏 合机 中进行,过 长的纤 维往 往以卷 曲形 态存在,形成 不相连接的“球”状?在受外力作用时,这个“球”就以岛状团块 整 体与“基体”分离,断面露出一个大“坑”,显然 这 样 的? 内部 结构 是 不 可 能发挥长纤维 断裂 或长距离 拔 出吸 收 大 量能的作 用,实 测 强度值明显下降,离散系数也大幅度

12、增 加(表4)。2.4玻璃纤维含里与BMc冲击强度的关系从 实 验 可见在表5和表6范 围 内,无 论玻璃纤维含量还是玻璃纤 维 长度如何变化,BMC的冲击强度都较低。对于长度短 的玻璃纤 维(表5),在外力 作 用 下.纤 维容易 滑 移,脱离“基体”,吸收能量小,纤维对“基体”裂纹扩散 起的 阻碍作用 不 大。破 坏裂面平 整,呈现“基体”为主的脆性破 坏。即使增 加玻璃纤 维含量(表2)到很大值,冲击强度也不会有大幅度的增长。改变玻璃纤维长度,冲击强度有一定程度的变化(表6),但是由于“粒子分散复合基体”对纤维的粘结性差,“基体”和界面的剪切强度都很低。外力作 用很小时,界面也很容易脱胶

13、、呈现脆性破坏。随着纤维长度增大,纤维成团、卷曲倾向 明显增大,表现的平均破坏强度也就 不可能大幅度提高,反 而由于纤维分布的不均匀性增大,破坏断口呈 现的岛状团块整体与“基体”分离现象增 多,离散 系数大幅度增加(表6)。综上所述,普通BMC是一种 低冲击性能材料,在产 品设计时 一定要 充分注意这一局限性。2.5玻璃布增强对BMc强度的 影响表7玻 璃布局部增强BMC的力学性能增增强形式式纯BMC“表 面 一一中间一一二表面各各中间二二层层层层布布层布布一层布布层布布弯弯曲强度度95.9 9 9139.6 6 6117.3 3 3163.2 2 2127 3 3 3M M MPa a a

14、a a a a a a a a a a冲冲击强度度21.2 2 223 3 322.4 4 43 0 0 030.6 6 6k k kJ /mZ Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z, BMC用6m m短切玻璃纤维,含量巧 %用方 格布对BMC进 行局部增强后,弯曲强度都有 不 同 程度的提高,但 对冲击强度的影 响就 不是那么明显(表7)。因为在冲击破 坏时,首先是玻璃布增强区域之 间的层间 (下转第40页)l9年绝缘材料通讯第2期湿的环境中,水分渗入绝缘层引 起杂质分解,水的偶极矩和介 电常数都很 大,不仅会在水分子之间,而 且会在水分子和其它分 子 之间产 生 强烈的作 用,强

15、化了 由于带电载 流 子 的迁移和在界 面的积累而 引 起的界面极化,引起。r和tana的增 大。在受 潮 的初期阶段,由于环氧层 内部 和周围 空气之 间存在 着 水 压 差,水分可 不断渗入环 氧 层 内部,水分渗入的数量和扩 散速 度取决于材料的种类、环境湿度和 温度。这一阶段如图1的上升段所示。在环氧层 和周围空气的水压达到平衡时,水分不再渗入,如图 1所示sh之后 吸水率不再增大。4结语 ZnO压敏 电阻器的湿热劣化主 要 是 由于环氧绝缘层的吸潮劣化,而环氧绝缘层的吸潮劣化在于 微量水分的渗入。因此应从改变环氧粉末的化学成分和优化包封工艺两方面着手,提高环氧绝缘层的密度,减少表面气孔率,以提高产 品的耐潮性。参考文献 T Kuma朋 wa.et :11.I EE ETranso nD ieleetriesandE !eerrical