混杂填充尼龙6复合材料机械性能研究

论文摘要

本文以不同粒度SiC和短玻璃纤维作为尼龙6填充改性材料,利用挤出—注射成型工艺制备尼龙6复合材料。分别在CSS—44100型电子万能试验机和M-2000型摩擦磨损试验机上考察了复合材料的力学性能和摩擦学性能。利用扫描电子显微镜（SEM）对拉伸断面和磨损表面进行观察,分析了SiC和短玻璃纤维复合材料的协同作用和机制。对尼龙6复合材料力学性能研究表明:玻纤与SiC粒子混杂填充能大幅提高PA6的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量和硬度,但拉伸伸长率降低,综合力学性能较好,体现了两种填料的协同增强效应,其中纳米SiC有比微米SiC更好的改善效果,10%玻纤含量复合材料的综合力学性能优于20%玻纤含量复合材料。这主要归因于填料粒径的大小、填料在基体中的分散情况以及填料与树脂的结合状况。在本实验条件下,10%纳米SiC+10%玻纤+PA6复合材料具有最佳的力学性能。SEM分析表明,纳米SiC起到玻纤与树脂的连接作用,使其结合更紧密,从而填料承担了大部分载荷,使复合材料强度增大,但拉伸时出现的“韧窝”较多尺寸较小,表现为脆性断裂。同时研究了不同材料填充尼龙6复合材料在不同载荷下的摩擦磨损性能,结果表明:复合材料的磨损量均随载荷的增加不断增大,而摩擦系数随载荷增加呈现不同的变化规律。其中,玻纤与SiC混杂填充能发挥其协同效应,该类复合材料有较好的摩擦学性能,同时纳米SiC比微米SiC有更好的改善效果,不同配方的最佳性能配比如下:当玻纤含量为10%时,纳米SiC最佳含量为3%;当玻纤含量为20%时,纳米SiC最佳含量为9%,其中后者具有更优异的摩擦学性能。微观形貌分析表明:20%GF-9%纳米siC-PA6具有最佳摩擦磨损性能的原因是填料与基体结合紧密,在磨损过程中能形成稳定的转移膜,其磨损机制为低载荷下以磨粒磨损为主,高载荷下以粘着磨损为主。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 复合材料概述
• 1.2 聚合物基复合材料
• 1.2.1 定义和分类
• 1.2.2 聚合物基纳米复合材料
• 1.2.2.1 纳米材料的概念和性质
• 1.2.2.2 纳米复合材料
• 1.2.2.3 聚合物基纳米复合材料制备方法
• 1.2.2.4 聚合物基纳米复合材料的性能
• 1.3 尼龙6及其应用
• 1.4 改性尼龙6复合材料研究进展
• 1.4.1 填充增强改性力学性能
• 1.4.1.1 纤维增强
• 1.4.1.2 无机矿物增强
• 1.4.1.3 混杂增强
• 1.4.2 填充粒子减摩耐磨改性
• 1.4.2.1 填加固体润滑剂
• 1.4.2.2 添加润滑油
• 1.4.2.3 填充纤维
• 1.4.2.4 填充无机或金属粉末材料
• 1.4.3 无机纳米粒子复合材料
• 1.5 碳化硅的基本结构、特点及性能
• 1.6 玻璃纤维
• 1.7 本论文研究的目的和内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器设备
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 复合材料的制备
• 2.2.1 配方
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.2.1 工艺流程
• 2.2.2.2 工艺参数
• 2.3 性能测试
• 2.3.1 力学性能测试
• 2.3.2 硬度性能测试
• 2.3.3 摩擦磨损性能测试
• 第三章 尼龙6复合材料力学性能
• 3.1 SiC粒径对尼龙6复合材料力学性能的影响
• 3.2 玻纤含量对尼龙6力学性能的影响
• 3.3 填料的种类对尼龙6力学性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 尼龙6及玻纤填充复合材料摩擦磨损性能
• 4.1 聚合物材料的摩擦学特性
• 4.2 纯尼龙6的摩擦磨损性能
• 4.2.1 摩擦磨损性能
• 4.2.2 磨损机理分析
• 4.3 玻纤填充尼龙6复合材料摩擦磨损性能
• 4.3.1 摩擦磨损性能
• 4.3.2 磨损机理分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 混杂填料增强尼龙6复合材料摩擦磨损性能
• 5.1 纳米SiC与玻璃纤维混合填充尼龙6复合材料摩擦磨损性能
• 5.1.1 摩擦磨损性能
• 5.1.2 磨损机理分析
• 5.2 微米SiC与玻璃纤维混合填充尼龙6复合材料摩擦磨损性能
• 5.2.1 摩擦磨损性能
• 5.2.3 磨损机理分析
• 5.3 不同粒径对复合材料摩擦磨损性能的影响
• 5.4 不同玻纤含量对复合材料摩擦磨损性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究的主要结论
• 6.2 研究中的不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文