混杂填充尼龙6复合材料机械性能研究

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。

目录

文摘

英文文摘

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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

1.3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

1.4.2填充粒子减摩耐磨改性

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本论文研究的意义和内容

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

2.3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