玻纖增強對聚乙烯（PE）塑料性能影響研究

李曉軒

(寧夏睿欣科技發(fā)展有限公司，寧夏 銀川 750002)

隨著我國科學技術的發(fā)展與進步，塑料改性加工技術在塑料加工行業(yè)已經(jīng)是十分普遍的通用加工技術。特別在工程塑料的加工應用方面。在汽車制造，家用電器，化工設備，航空航天等領域應用更是愈加廣泛。塑料的改性加工有十分多樣的方法和應用技術。如：填充改性，共混改性，復合改性，接枝改性等。通過不同的技術手段均能實現(xiàn)人們想需要的塑料功能材料。不斷實現(xiàn)材料的多樣化、功能化、輕量化，實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品的節(jié)能化和優(yōu)質(zhì)化。因此，在未來的工業(yè)領域，塑料改性功能材料將是替代其他材料的先進的工程材料之一。

在塑料改性加工中，過去玻纖增強改性技術主要應用在工程塑料領域，在通用塑料領域應用玻纖改性的應用并不多見，主要還是以共混改性為主。因此，在通用塑料改性加工領域深入開展更多的加工應用技術研究是當下期待開展的重要工作。

本文主要從連續(xù)長玻璃纖維增強改性聚乙烯（PE）功能母粒造粒，利用玻纖增強改性功能母粒添加改性聚乙烯生產(chǎn)聚乙烯管，通過對改性加工的聚乙烯管材性能測試分析研究，總結出在通用塑料領域應用玻纖增強改性技術改善塑料物理力學性能，應用玻纖增強改性新材料開發(fā)新產(chǎn)品的方案是可行的。

1 實驗部分

1.1 主要原料

主要試驗原輔材料見表1。

表1 試驗原輔材料清單

1.2 主要實驗設備

主要試驗設備見表2。

表2 試驗設備清單

1.3 玻纖增強功能母粒制備

采用同向雙螺桿擠出造粒機，首先通過升溫恒溫等準備工作，考慮到造粒加纖，需要把過濾板濾網(wǎng)去掉。開啟機器，先利用未加玻璃纖維的聚乙烯物料把造粒機開正常。再在設備側(cè)喂料口加入足量的連續(xù)玻纖，保證每根纖維均喂入螺桿。玻纖使用前對玻纖用聚乙烯接枝馬來酸酐進行預處理。

加纖造粒出料后注意觀察粒子直徑和粒子長度。保證改性母粒直徑在2～3 mm，長度在3～5 mm大小。為保證造粒的密實度，防止造粒加帶水分等氣體，必須保證造粒排氣真空壓力在0.02～0.04 MPa. 模頭內(nèi)溫度220～230 ℃，擠出機溫度210～220 ℃；將連續(xù)長玻璃纖維以10～15 m/min的速度牽引輸入高溫熔體浸潤螺桿槽，浸潤、擠出造粒、冷卻、切粒，烘干、過篩、包裝。測定所造粒子玻纖添加量，適當增減玻纖添加速度。保證玻纖添加量符合試驗要求。

1.4 玻纖增強聚乙烯功能母粒改性加工聚乙烯（PE）管道樣品的制備

利用需要改性的聚乙烯樹脂開機生產(chǎn)，使設備處于正常生產(chǎn)狀態(tài)。利用前面已經(jīng)制備好的玻纖增強功能母粒添加聚乙烯管道料，實現(xiàn)增強改性功能母粒改性聚乙烯管材的擠出生產(chǎn)。待添加了改性功能母粒的混合物料擠出成管材后截取樣品制樣，準備實驗用。要求準備好未添加功能母粒、30%玻纖含量，40%玻纖含量的管材樣品試樣條各5～10個。樣條尺寸符合啞鈴制樣機制樣尺寸要求。

1.5 樣條拉伸試驗測試

（1）未添加玻纖增強功能母粒的聚乙烯塑料管材樣品拉伸性能測定，詳見表3，表4，圖1所示。（2）添加30%玻纖增強改性功能母粒的聚乙烯塑 料管材樣品拉伸性能測定，詳見表5，表6，圖2所示。

表3 未添加玻纖聚乙烯管材樣品拉伸試驗原始數(shù)據(jù)表

表4 未添加玻纖聚乙烯管材樣品拉伸試驗數(shù)據(jù)表

表5 添加30%玻纖聚乙烯管材樣品拉伸試驗原始數(shù)據(jù)表

表6 添加30%玻纖聚乙烯管材樣品拉伸試驗數(shù)據(jù)表

（3）添加40%玻纖增強改性功能母粒的聚乙烯塑 料管材樣品拉伸性能測定，詳見表7，表8，圖3所示。

表8 添加40%玻纖聚乙烯管材樣品拉伸試驗數(shù)據(jù)表

表7 添加30%玻纖聚乙烯管材樣品拉伸試驗原始數(shù)據(jù)表

以上試驗試驗速度：5 mm/min 計算標準：GB/T 1040.2—2006

1.6 不同玻纖添加量聚乙烯沖擊能量測定

純聚乙烯由于韌性很好，沖擊能量無法獲取，經(jīng)測定30%玻纖添加量其沖擊能量56.8 kJ/m2，40%玻纖添加量其沖擊能量51.52 kJ/m2，詳見表9，圖4所示。

表9 不同玻纖添加量聚乙烯管材樣品拉伸試驗數(shù)據(jù)表

2 結果與討論

2.1 不同玻纖添加量對聚乙烯塑料拉伸強度的影響

通過表9的試驗數(shù)據(jù)和圖4可以很清楚的看到玻璃纖維添加量達到30%～40%可以明顯提高聚乙烯的拉伸強度。隨著添加量的持續(xù)增大，拉伸強度增加不再明顯變化，幾乎趨于穩(wěn)定。

2.2 不同玻纖添加量對聚乙烯塑料材料彈性模量的影響

通過表9的試驗數(shù)據(jù)和圖4可以很清楚的看到玻璃纖維添加量對于聚乙烯塑料材料的彈性模量有較大的影響，隨著玻纖添加量的增加材料的彈性模量會持續(xù)增加，達到一定的數(shù)值。

2.3 不同玻纖添加量對聚乙烯塑料材料斷裂伸長率的影響

通過表9的試驗數(shù)據(jù)和圖4可以很清楚的看到玻璃纖維添加量對于聚乙烯塑料材料的斷裂伸長率影響較大，隨著玻纖添加量的增大，材料的斷裂伸長率會發(fā)生持續(xù)降低。達到一定值玻纖改性聚乙烯的脆性會更加明顯，幾乎與玻纖脆性相當。

2.4 不同玻纖添加量對聚乙烯塑料材料沖擊性能的影響

通過1.6款的試驗測試，純聚乙烯由于韌性很好，沖擊能量無法獲取，經(jīng)測定30%玻纖添加量其沖擊能量56.8 kJ/m2，40%玻纖添加量其沖擊能量51.52 kJ/m2?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著玻纖添加量的增大聚乙烯材料沖擊能量是下降的趨勢。這也就說明了為什么不能為了提高材料的強度而無限制地添加玻纖的主要原因。因為提高了強度的同時也降低了材料的韌度，使材料的利用性能變差。