玻璃纖維聚丙烯復(fù)合材料的研究

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（沈陽(yáng)市第四十中學(xué)，遼寧盤錦 361000）

玻璃纖維聚丙烯復(fù)合材料的研究

張?zhí)╁K

（沈陽(yáng)市第四十中學(xué)，遼寧盤錦 361000）

在普通合成樹脂中，聚丙烯復(fù)合材料性能良好，已經(jīng)在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，但作為結(jié)構(gòu)材料，其產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度低，容易收縮變形，這些缺點(diǎn)在一定程度上限制了聚丙烯復(fù)合材料的應(yīng)用。由此本文探析了聚丙烯復(fù)合材料的性能影響因素。

玻璃纖維；聚丙烯復(fù)合材料；性能；影響因素

玻璃纖維聚丙烯復(fù)合材料是非常優(yōu)異的無(wú)機(jī)材料，具有高強(qiáng)度，高穩(wěn)定性，而價(jià)格相對(duì)便宜等特點(diǎn)，是一種非常合適加固的材料。由于GF和PP之間的相容性差，通過(guò)直接復(fù)合法獲得的復(fù)合材料的機(jī)械性能差。如何通過(guò)改良形成具有良好性能的復(fù)合材料已成為具有理論和實(shí)踐意義的研究課題。

1 原材料的選擇

1.1 PP

基質(zhì)樹脂是復(fù)合材料的基礎(chǔ)，應(yīng)根據(jù)復(fù)合材料的使用選擇PP，一般使用熔體流動(dòng)指數(shù)較大的注塑級(jí)PP，以便成型。一些化工管道有切性要求，可以選擇共聚物級(jí)PP。

1.2 玻璃纖維

在GFRRPP中，中堿玻璃纖維以及無(wú)堿玻璃纖維使用得較多，其中無(wú)堿玻璃纖維的最大量，兩種玻璃纖維的性能如表l所示：

表1 無(wú)堿和中堿玻瑞纖維的性能對(duì)比

2 GFRPP復(fù)合材料的制備

2.1 SGFRPP

SGFRPP的制備方法比較簡(jiǎn)單，通常按照一定比例的玻璃纖維和PP粘合在一起直接擠出造粒后制成；或在雙螺桿擠出機(jī)熔融部分，根據(jù)螺桿旋轉(zhuǎn)和熔融PP粘附少量添加連續(xù)無(wú)捻長(zhǎng)的玻璃纖維，由擠出機(jī)切割和壓碎，由進(jìn)料螺桿和主螺桿速度來(lái)決定混合塑化玻璃纖維的含量。制備的SGFRPP顆粒，玻璃纖維和樹脂均勻混合，但玻璃纖維的長(zhǎng)度短，通常小于顆粒顆粒的長(zhǎng)度。經(jīng)過(guò)加工成型后，產(chǎn)品中玻璃纖維的長(zhǎng)度將縮短，強(qiáng)度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值。

2.2 長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯

長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)方法已被用于熱固性樹脂。熱塑性樹脂熔體粘度高，熔融溫度高，對(duì)玻璃纖維滲透帶來(lái)很大困難。研究人員開發(fā)了一套熱塑性樹脂熔浸連續(xù)纖維裝置，可連續(xù)生產(chǎn)生產(chǎn)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料的特種裝置，調(diào)整復(fù)合材料的玻璃纖維含量，可能促進(jìn)LGFRPP的應(yīng)用。通過(guò)將裝置分為三個(gè)部分，包含分絲、浸漬、上光，該工藝生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品表面光滑平整，效果較好，但是沒有關(guān)于LGFRPP顆粒的工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)報(bào)道。

3 GFRPP的性能及其影響因素

3.1 玻玻璃纖維含量

通常認(rèn)為GFRPP的機(jī)械性能隨著玻璃纖維含量的增加而增加，但當(dāng)含量超過(guò)41%時(shí)，并不能增加其性能，反而會(huì)降低其性能。同時(shí)由于玻璃纖維含量的增加，加工的流動(dòng)性也隨之減少，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品工藝也變差；考慮到性能和加工工藝的要求，產(chǎn)品中的玻璃纖維含量的GFRPP生產(chǎn)通?？刂圃?0%-40%左右。

3.2 玻璃纖維長(zhǎng)度及分布

一般來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料，較長(zhǎng)的玻璃纖維長(zhǎng)度的尺寸材料增強(qiáng)效果較大。然而，由于較長(zhǎng)的玻璃纖維，存在玻璃纖維聚集的大的對(duì)比度，這在擠出時(shí)更容易獲得不可分散的玻璃纖維束，這對(duì)材料的增強(qiáng)具有副作用。相比之下，玻璃纖維和基體之間的界面粘合對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度貢獻(xiàn)更大，比LGFRPP中的玻璃纖維要長(zhǎng)，相應(yīng)的性能不如SGFR.PP由于界面粘合性差；在復(fù)合材料中，不是所有的玻璃纖維都具備加強(qiáng)的功能，只有長(zhǎng)度適宜的玻璃纖維對(duì)復(fù)合材料的韌性影響更大。只有具有一定寬高比的玻璃纖維，或只有大于臨界長(zhǎng)度（L0）的長(zhǎng)度（L）有助于復(fù)合材料的強(qiáng)度，而大于（L0）的玻璃纖維是無(wú)效的。

3.3 玻璃纖維取向及其分布

在復(fù)合材料的過(guò)程中，玻璃纖維總是以熔體流動(dòng)力取向，玻璃纖維流動(dòng)方向與流動(dòng)不同，顯示出一定的取向分布，如在注塑樣品中，表現(xiàn)出明顯的表皮-內(nèi)芯結(jié)構(gòu)，在表皮上，樣品隨著纖維的流動(dòng)方向而成型；在內(nèi)芯上，纖維的流動(dòng)方向比較隨意，有時(shí)甚至垂直于流動(dòng)方向。當(dāng)拉伸力施加到試樣上時(shí)，拉伸強(qiáng)度與皮層相同，不同取向力的玻璃纖維對(duì)材料拉伸強(qiáng)度的作用足不同的。在理論上，材料的彈性模量和玻璃纖維取向之間的角度有關(guān)，角度越小，彈性模量越大。

3.4 改性

加入玻璃纖維可以明顯增強(qiáng)pp的拉伸度，但是對(duì)其韌度的增加沒有很好的效果，此時(shí)可以考慮加入其它成分，三元乙丙橡膠是一種很適合的材料，它的加入可以使材料的韌性更強(qiáng)。在這種多元成分混合的體系中，有PP玻璃纖維，PP彈性體兩種反作用的成分。兩者的結(jié)合，使體系具有獨(dú)特的應(yīng)力應(yīng)變行為。隨著EPDM含量的增加，體系和極限強(qiáng)度降低，但極限應(yīng)變?cè)黾?。另外，由于EPDM粒子能夠吸收沖擊能量，材料的韌性將得到提高.IIvio eBabor等的研究表明：GF R PP通過(guò)加入10%的EPD M，該體系可以使沖擊強(qiáng)度比純PP 3次；再加20%，再增加6倍。雖然添加了EPDM，但GF玻璃與彈性體的增韌同時(shí)被增強(qiáng)，PF/玻璃纖維/EPDM三元體系具有優(yōu)異的機(jī)械性能平衡，優(yōu)異的強(qiáng)度，剛性和優(yōu)異的韌性。

4 結(jié)語(yǔ)

聚丙烯復(fù)合材料已經(jīng)是一種比較成熟的復(fù)合材料，但其研究還有待深入，材料韌性和表面性能還需要提高，例如，由于玻璃纖維暴露，GFRPP產(chǎn)品看起來(lái)不美觀，很多地方需要改進(jìn)。LGFRPP復(fù)合材料具有獨(dú)特的性能，將成為未來(lái)的研究的重點(diǎn)。隨著設(shè)備的制備方法的改進(jìn)，聚丙烯復(fù)合材料的應(yīng)用前景將會(huì)更廣闊。

[1] 曾彪，劉玉飛，王寧，等.玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的研究進(jìn)展[J].上海塑料，2015，（02）：11-16.

[2] 李通.玻璃纖維及PET玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究[D].湘潭大學(xué)，2015.

Study on Glass Fiber Polypropylene Composites

Zhang Tai-kun

In the general synthetic resin，the polypropylene composite material has good performance，has been widely used in industrial production in China，but as a structural material，its product is low mechanical strength，easy to shrink deformation，these shortcomings to a certain extent limit The application of polypropylene composite materials.This paper explores the factors affecting the performance of polypropylene composites.

glass fiber；polypropylene composites；performance；influencing factors

TQ325.14

B

1003–6490（2017）10–0070–02