一、增韌原理
復合材料在受沖擊載荷時材料發生破壞(斷裂),其韌性大小取決于材料吸收沖擊能量大小和抵抗裂紋擴展的能力。在復合材料中,增強材料與基體在增韌上是如何起作用的呢?經過分析及研究,提出了許多復合材料的增韌機制,可以應用到復合材料。
1、彈性體增韌機理
彈性體直接吸收能量,當試樣受到沖擊時會產生微裂紋,這時橡膠顆粒跨越裂紋兩岸, 裂紋要發展就必須拉伸橡膠,橡膠形變過程中要吸收大量能量,從而提高了塑料的沖擊強度。
2、屈服理論
橡膠增韌塑料高沖擊強度主要來源于基體樹脂發生了很大的屈服形變,基體樹脂產生很大屈服形變的原因,是橡膠的熱膨脹系數和泊松比均大于塑料的,在成型過程中冷卻階段的熱收縮和形變過程中的橫向收縮對周圍基體產生靜水張應力,使基體樹脂的自由體積增加, 降低其玻璃化轉變溫度,易于產生塑性形變而提高韌性。另一方面是橡膠粒子的應力集中效應引起的 。
3、裂紋核心理論
橡膠顆粒充作應力集中點,產生了大量小裂紋而不是少量大裂紋,擴展眾多的小裂紋比擴展少數大裂紋需要較多的能量。同時,大量小裂紋的應力場相互干擾,減弱了裂紋發展的前沿應力,從而,會減緩裂紋發展并導致裂紋的終止。
4、多重銀紋理論
由于增韌塑料中橡膠粒子數目極多,大量的應力集中物引發大量銀紋,由此可以耗散大量能量。橡膠粒子還是銀紋終止劑,小粒子不能終止銀紋。
5、空穴化理論
空穴化理論是指在低溫或高速形變過程中,在三維應力作用下,發生橡膠粒子內部或橡膠粒子與基體界面層的空穴化現象。
該理論認為:橡膠改性的塑料在外力作用下,分散相橡膠顆粒由于應力集中,導致橡膠與基體的界面和自身產生空洞,橡膠顆粒一旦被空化,橡膠周圍的靜水張應力被釋放,空洞之間薄的基體韌帶的應力狀態,從三維變為一維,并將平面應變轉化為平面應力,而這種新的應力狀態有利于剪切帶的形成。因此,空穴化本身不能構成材料的脆韌轉變,它只是導致材料應力狀態的轉變,從而引發剪切屈服,阻止裂紋進一步擴展,消耗大量能量,使材料的韌性得以提高。
二、增韌劑可分為橡膠類增韌劑和熱塑性彈性體類增韌劑
(1)橡膠類增韌劑 該類增韌劑的品種主要有液體聚硫橡膠、液體聚丁二烯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠及丁苯橡膠等。
(2)熱塑性彈性體 熱塑性彈性體是一類在常溫下顯示橡膠彈性、在高溫下又能塑化成型的合成材料。因此,這類聚合物兼有橡膠和熱塑性塑料的特點,它既可以作為復合材料的增韌劑,又可以作為復合材料的基體材料。這類材料主要包括聚氨酯類、苯乙烯類、聚烯烴類、聚酯類、間規1,2-聚丁二烯類和聚酰胺類等產品,目前作為復合材料的增韌劑用得較多的是苯乙烯類和聚烯烴類。
(3)其它增韌劑 適用于復合材料的其它增韌劑還有低分子聚酰胺和低分子的非活性增韌劑,如苯二甲酸酯類。對于非活性的增韌劑也可稱為增塑劑,它不參與樹脂的固化反應。