玻璃纤维含量对复合材料力学性能的影响

       在复合材料中添加玻璃纤维等具有增强性质的填料时，可以使PA6的力学性能如冲击强度、弹性模量，拉伸强度，屈服强度，弯曲模量、弯曲强度等发生很大的转变。本章主要研究了玻璃纤维含量对GF/PA6复合材料力学性能的影响。

玻璃纤维具有很高的弹性模量及强度，而PA6是一种韧性材料，对于增强PA6复合材料，影响其力学性能的各项因素中，玻纤含量对其有根本性的影响。另外，树脂、玻纤的两相界面是复合材料的重要组成部分，其中树脂起桥梁作用，把分散的玻纤连接起来，玻璃纤维是主要的承载者，界面起传递应力的作用，而这种传递作用的强弱是由界面的粘结强度决定的。如果界面强度足够大，应力的传递效率很高，那么，复合材料的强度就会提高很大;但是如果界面强度很弱，甚至低于树脂的强度，那么复合材料的强度也有可能低于纯树脂的强度一般情况下，含量越高，界面结合强度越大，则复合材料的力学性能整体上也越高，但是由于玻璃纤维的加入，使得复合材料在挤出加工时流动性受到一定的限制所以在生产中，应根据对强度的要求和流动性的要求选用适当含量的产品。本文中首先考察了玻纤含量对复合材料性能的影响。

       1、对PA6冲击性能的影响

纯PA6具有良好的塑性变形能力和优良的无缺口冲击性能，但是其缺口冲击性能并不理想，这是由于缺口引起的应力集中使得在快速的冲击条件下局部应变剧增，从而导致裂纹源由缺口处快速形成并迅速扩张，断裂过程只伴随了较小的形变，所以PA6的缺口冲击强度较低。当在PA6基体中添加短切玻璃纤维后，一方面，复合材料中均匀分散的玻璃纤维限制了基体树脂的变形能力，使得复合材料通过PA6基体的形变来吸收外来能量的作用减弱。从而影响有降低复合材料冲击性能的趋势。另一方面，玻璃纤维作为增强料共混到PA6基体中，形成了有机相/无机相界面。在冲击过程中的两相界面的破坏以及玻纤从PA6基体中拔出所消耗能量又会使复合材料的冲击强度有提升的趋势。那么这两个因素共同影响短切玻纤增强PA6的缺口冲击性能，所以冲击的最大力值与冲击过程中的界面破坏和纤维拔出有关。

2、对PA6拉伸性能的影响

复合材料在受力前，玻璃纤维和基体中都没有应变，当对其外加拉伸载荷时，由于变形能力的差异，玻璃纤维丝的两端形成应力集中，并且在纤维主要长度范围内的椭圆区域内有比平均应力小的现象，通过减小基体中平均应力来增强基体。实验表明，玻纤含量对复合材料的拉伸性能的影响非常明显，不同玻纤含量对GF/PA6复合材料拉伸性能的影响。

3、对PA6弯曲性能的影响

不同的玻纤含量对GF/PA6复合材料弯曲模量和弯曲强度的影响如图3-6和图3-7所示

由图3-6可以看出当短玻纤含量增加时，弯曲模量增大，当玻纤含量达到40%时弯曲模量相对于纯样己升高近三倍，达到了6.53GPa。这是由于在复合材料的任一横截面，都有更多的玻纤来承载负荷，这些玻璃纤维从PA6树脂中抽出或者断裂，均能吸收大量的能量，因而提高了复合材料的弯曲强度。同时，由于含量增加，玻璃纤维之间的树脂层变薄，作用在复合材料上的力很容易通过树脂层在玻纤之前传递，树脂的形变也受到玻璃纤维的约束，因而复合材料的弯曲模量也随之增大。

4、增强PA6的流动性能

复合材料的流动性能影响着聚合物加工成型的难易程度，同时也影响着聚合物制品的表面状态，因此，在进行玻璃纤维增强尼龙6时，不仅要考虑到玻璃纤维含量对复合材料强度的影响，同时也应该综合考虑复合材料加工成型难易。复合材料流动性能可以通过溶体流动速率测试仪进行表征。