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纤维增强改性原理黎明职业大学高分子材料加工技术专业《高分子材料配方技术》

内容来源”图书：桑永《塑料材料与配方》学位论文：黄生江《连续玻璃纤维增强聚丙烯的两步法拉挤成型工艺研究》学位论文：李通《玻璃纤维及PET纤维增强聚丙烯复合材料的结构与性能研究》学位论文：武俊《长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备及改性》

Contents目录纤维对复合材料的增强作用纤维长度对增强作用的影响纤维含量对增强作用的影响

01纤维对复合材料的增强作用

01纤维对复合材料的增强作用”纤维增强复合材料的性能并不是各组分材料之间的简单加和，而是产生了1+12的协同效应纤维增强可以通过下面五方面的作用来实施（P195）：桥联作用传能作用补强作用增黏作用界面作用

01纤维对复合材料的增强作用增强材料在聚合物材料中，能通过分子间力或化学键力与聚合物材料相结合，将其自身的特殊性能与聚合物材料的基本性能融为一体在增强材料与聚合物互相结合的作用力中，化学键力虽然很大，但是形成化学键的程度并不高，而主要是分子间力。可选用极性材料来增加分子间力在材料不变的情况下，应设法增加增强材料与聚合物的接触面积，以使增强材料与聚合物分子间作用力更好地发挥。只有二者形成良好的亲和，才可达到增强目的桥联作用A

01纤维对复合材料的增强作用纤维增强材料示意图如图所示，由于基体树脂的弹性模量远远小于纤维的弹性模量，所以纤维中的应力要比基体中的应力大很多倍，以至于基体中应力可以忽略不计材料在受力时，垂直于受力方向的裂纹往往扩展很快，加速断裂的发生如果材料中有和受力方向平行的纤维，则平行的纤维间能起到“搭桥”的作用，从而一定程度上阻止裂纹扩展，而延缓断裂的发生

01纤维对复合材料的增强作用传能作用B由于增强材料与聚合物材料之间的桥联结合，若聚合物材料中某一分子链受到应力时，应力可通过这些桥联点向外传递扩散，从而避免材料受到破坏

01纤维对复合材料的增强作用补强作用C在较大的应力作用下，如果发生了某一分子链的断裂，与增强材料紧密结合的其他链可起加固作用而不致迅速危及整体

01纤维对复合材料的增强作用增黏作用D聚合物中加入增强材料后，体系的黏度增大，流动性减弱，内摩擦增大。当材料受到外力作用时，这种内摩擦吸收更多的能量，从而增大抗撕裂、耐磨损性能

01纤维对复合材料的增强作用界面作用E除了与树脂基和增强剂有关，基体与纤维之间所形成的界面也起着关键作用，界面是复合材料产生协同效应的根本原因所在复合材料在应力的作用下开始产生裂纹，当碰到尖端或空隙等缺陷后产生了应力集中点，这将会加速裂纹在基体中扩展。在遇到增强纤维时，可能会有两种情况出现：阻止了裂纹继续向前扩展从而转向界面导致纤维与界面脱粘对纤维的薄弱部分来说可能会使其断裂、拔出

01纤维对复合材料的增强作用界面作用E无论是界面脱粘还是纤维的断裂、拔出都会吸收大量的能量裂纹的发展并不局限在某一个平面，它可向材料的不同的平面扩展，并发生界面脱粘、纤维拔出、树脂与纤维断裂等过程，直到裂纹贯穿到某个平面，纤维增强树脂基复合材料才发生全面的破坏，在此过程中材料吸收大量的能量对不同纤维-基体界面层，提高界面作用的思路大致相同，可使用偶联剂或相容剂，对基体进行改性，对纤维进行表面预处理，最终提高界面的有效性

02纤维长度对增强作用的影响

02纤维长度对增强作用的影响”为了能够更好的发挥纤维的增强作用，在塑料中纤维长度需要大于某一个临界点，称之为临界长度，临界长度与塑料种类有直接关系例如，在玻璃纤维增强聚丙烯中，玻璃纤维的临界长度为3.1mm；而在另外一种经过化学改性的聚丙烯中，临界长度可能降低到0.9mm以下

02纤维长度对增强作用的影响”短玻纤增强塑料中，制品中的纤维长度一般只有0.2~0.6mm，限制了最终材料性能的提高而在长玻纤增强塑料中，玻璃纤维的残留长度可以达到3mm以上，大大提高了制品的物理机械性能

02纤维长度对增强作用的影响

03纤维含量对增强作用的影响

03纤维含量对增强作用的影响”通常在允许范围内起初，纤维增强复合材料力学性能的大小和加入纤维含量的多少成正比。一般，纤维含量达到30wt%时，纤维增强复合材料力学性能表现最优之后，随着纤维含量增加，反而出现下降，且材料流动性，成型加工性变差，出现大量的浮纤现象

03纤维含量对增强作用的影响”此外，由于加入纤维到聚合物体系中，在一定程度上阻碍了高分子链段的运动能力。例如，PP/GF体系，其结晶性能随着GF含量的增加而降低，在一定程度上也有可能会影响纤维的增强作用

想一想：平台讨论1、纤维增强可以通过哪5个作用来实现？2、一般，纤维的质量分数达到多少时，纤维增强复合材料力学性能表现最优？

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