工程科学学报，第37卷，第11期：1498-1503,2015年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.11:1498-1503,November 2015 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2015.11.016:http://journals..ustb.edu.cn 玻璃微珠、橡胶粉末填充聚丙烯复合材料吸能特性 陈亚楠，肖久梅 北京科技大学应用力学系，北京100083 ☒通信作者，Email:jiujiu@sas.ustb.cdu.cm 摘要采用单轴压缩试验分别对空心玻璃微珠(HGB)和丁腈橡胶粉末(PNBR)填充的聚丙烯(PP)复合材料进行压缩性能 和吸能特性研究，通过测定基于摆锤冲击试验的冲击韧性对材料的吸能能力进行验证，并采用扫描电子显微镜观察材料的微 观形貌.结果表明：空心玻璃微珠增加聚丙烯的刚度并降低延展性，粉末丁腈橡胶减小聚丙烯的刚度并提高延展性：吸收相 同能量时，粉末丁腈橡胶/聚丙烯体系产生的应力响应最小：根据吸能效率，空心玻璃微珠/聚丙烯体系的设计应力应高于粉 末丁腈橡胶/聚丙烯体系；理想吸能效率的最大值出现在相对平缓的屈服阶段；冲击试验结果证明空心玻璃微珠和粉末丁腈 橡胶都能改善聚丙烯的吸能特性. 关键词复合材料：聚丙烯：玻璃微珠；橡胶：吸能 分类号TB333.2·13:TQ325.1◆4 Energy-absorption properties of polypropylene composites filled with glass beads and powdered rubber CHEN Ya-nan,XIAO Jiu-mei Department of Applied Mechanics,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:jiujiu@sas.ustb.edu.cn ABSTRACT The compressive properties and energy absorption properties of polypropylene (PP)composites filled with hollow glass beads (HGB)and powdered nitrile butadiene rubber (PNBR)respectively were studied by uniaxial compression tests.The energy absorption capacity of the studied materials was verified by impact toughness based on pendulum impact tests.Scanning electron microscopy was used to observe the microstructure of the fracture surfaces.It is found that HGB increases the stiffness but lowers the ductility of polypropylene,while PNBR is on the contrary.The stress response degree of PNBR/PP is the lowest as absorbing the same energy.The design stress of HGB/PP should be higher than that of PNBR/PP according to energy-absorption efficiency.The maximum value in the ideal energy-absorption efficiency curve occurs at the yield stage.Impact test results show that HGB and PNBR can improve the energy-absorption capability of polypropylene. KEY WORDS composite materials:polypropylene:glass beads:rubber:energy absorption 聚丙烯因其具有优良的热加工性和物理、力学性 很多对聚丙烯增强增韧的研究报道，主要是通过橡胶 能，成为目前应用最为广泛的热塑性树脂材料之一 弹性体2和无机刚性粒子5进行改性，基于拉伸、 在力学性能方面，聚丙烯结晶度高，结构规整，综合力 弯曲和冲击的试验数据进行常规力学性能研究.本文 学性能优越：但同时聚丙烯成型收缩率大，低温脆性， 采用加工缺陷影响小、结果相对稳定的单轴压缩试验， 韧性差，这在一定程度上限制了发展.聚丙烯多作为 主要侧重对复合材料在缓冲吸能方面的力学性能研 缓冲吸能材料，如在汽车保险杠中的使用四.目前有 究，探讨刚性粒子和柔性粒子对聚丙烯基体吸能过程 收稿日期：2014-07-19 基金项目：北京科技大学治金工程研究院基础理论研究基金资助项目(32001049)工程科学学报，第 37 卷，第 11 期: 1498--1503，2015 年 11 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 11: 1498--1503，November 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 11． 016; http: / /journals． ustb． edu． cn 玻璃微珠、橡胶粉末填充聚丙烯复合材料吸能特性 陈亚楠，肖久梅 北京科技大学应用力学系，北京 100083  通信作者，E-mail: jiujiu@ sas． ustb． edu． cn 摘 要 采用单轴压缩试验分别对空心玻璃微珠( HGB) 和丁腈橡胶粉末( PNBＲ) 填充的聚丙烯( PP) 复合材料进行压缩性能 和吸能特性研究，通过测定基于摆锤冲击试验的冲击韧性对材料的吸能能力进行验证，并采用扫描电子显微镜观察材料的微 观形貌． 结果表明: 空心玻璃微珠增加聚丙烯的刚度并降低延展性，粉末丁腈橡胶减小聚丙烯的刚度并提高延展性; 吸收相 同能量时，粉末丁腈橡胶/聚丙烯体系产生的应力响应最小; 根据吸能效率，空心玻璃微珠/聚丙烯体系的设计应力应高于粉 末丁腈橡胶/聚丙烯体系; 理想吸能效率的最大值出现在相对平缓的屈服阶段; 冲击试验结果证明空心玻璃微珠和粉末丁腈 橡胶都能改善聚丙烯的吸能特性． 关键词 复合材料; 聚丙烯; 玻璃微珠; 橡胶; 吸能 分类号 TB333. 2 + 13; TQ325. 1 + 4 Energy-absorption properties of polypropylene composites filled with glass beads and powdered rubber CHEN Ya-nan，XIAO Jiu-mei Department of Applied Mechanics，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: jiujiu@ sas． ustb． edu． cn ABSTＲACT The compressive properties and energy absorption properties of polypropylene ( PP) composites filled with hollow glass beads ( HGB) and powdered nitrile butadiene rubber ( PNBＲ) respectively were studied by uniaxial compression tests． The energy absorption capacity of the studied materials was verified by impact toughness based on pendulum impact tests． Scanning electron microscopy was used to observe the microstructure of the fracture surfaces． It is found that HGB increases the stiffness but lowers the ductility of polypropylene，while PNBＲ is on the contrary． The stress response degree of PNBＲ/PP is the lowest as absorbing the same energy． The design stress of HGB/PP should be higher than that of PNBＲ/PP according to energy-absorption efficiency． The maximum value in the ideal energy-absorption efficiency curve occurs at the yield stage． Impact test results show that HGB and PNBＲ can improve the energy-absorption capability of polypropylene． KEY WOＲDS composite materials; polypropylene; glass beads; rubber; energy absorption 收稿日期: 2014--07--19 基金项目: 北京科技大学冶金工程研究院基础理论研究基金资助项目( 32001049) 聚丙烯因其具有优良的热加工性和物理、力学性 能，成为目前应用最为广泛的热塑性树脂材料之一． 在力学性能方面，聚丙烯结晶度高，结构规整，综合力 学性能优越; 但同时聚丙烯成型收缩率大，低温脆性， 韧性差，这在一定程度上限制了发展． 聚丙烯多作为 缓冲吸能材料，如在汽车保险杠中的使用［1］． 目前有 很多对聚丙烯增强增韧的研究报道，主要是通过橡胶 弹性体［2--4］和无机刚性粒子［5--7］进行改性，基于拉伸、 弯曲和冲击的试验数据进行常规力学性能研究． 本文 采用加工缺陷影响小、结果相对稳定的单轴压缩试验， 主要侧重对复合材料在缓冲吸能方面的力学性能研 究，探讨刚性粒子和柔性粒子对聚丙烯基体吸能过程