长纤维增强热塑性复合材料

尼龙6 1.14 70 75 2.6 7.8 65
30%玻纤尼龙6 1.34 150 235 8.0 16 215
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
长纤维增强热塑性塑料
成型工艺 1）原位聚合技术、粉末浸渍技术，不存在聚合物熔体浸渍纤维的 关键问题，但适用性受到限制； 2）熔融拉挤包覆技术、熔融浸渍技术，存在聚合物熔体黏度大， 浸渍纤维困难等关键技术 3）纤维混合技术
短纤维增强热塑性塑料
玻纤增强型PA66 / PA6与纯PA66 / PA6的性能对比
性能 密度/（g/cm3） 拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 弯曲模量/GPa 缺口冲击强度/（kJ/m2） 热变形温度/℃
尼龙66 1.14 80 110 3.0
7 70
30%玻纤尼龙66 1.34 190 265 8.5 12 255
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
长纤维增强热塑性塑料
长纤维增强热塑性塑料的应用
长纤维增强热塑性复合材料是当今复合材料市场中发 展最快的材料之一，作为半结构材料和结构材料，长 纤维增强热塑性复合材料的开发目标是工业和民用的 各个领域，包括汽车、器械、娱乐、食品加工、通讯、 电气/电子、电动工具、园艺等。在长纤维增强热塑性 复合材料的总用量中，汽车材料应用占80%～90%。
常用基体树脂 聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）、热塑性聚酯 （PET、PBT）、特种工程塑料聚苯醚（PPO）、聚醚醚酮（PEEK）、 聚苯硫醚（PPS）等 ；根据不同的树脂及应用领域采用不同牌号 （不同浸润剂处理）的玻纤：防翘曲、耐水解、耐醇解、高流动、 高强度、高表面质量等
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
玻璃纤维的种类及应用
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
短纤维增强热塑性塑料
国内外应用纤维现状及特点 树脂中纤维长度：0.2～0.7mm；含量：20%～50%， 国外：全部为短切纤维增强，3mm、4.5mm 国内：连续纤维增强，依靠螺杆剪切，部分短切增强 原因：成本、性能、外观、加工工艺性
30%玻纤PBT 128 10 170 9.0 8.0
三、影响热塑性复合材料质量的因素
纤维含量对热塑性复合材料性能的影响
随树脂品种不同而不同，对于尼龙复合材料，则以30% 为最佳。
玻纤含量
25%
30%
35%
40% 50%
拉伸强度/MPa
152Leabharlann Baidu
170
198
199 205
拉伸断裂伸长率
4
4
1
2
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
连续纤维增强热塑性复合材料
制备的技术关键是如何解决热塑性树脂对连续增强纤 维的均匀浸渍
溶液浸渍、熔融浸渍、粉末浸渍、悬浮浸渍、混编以 及反应浸渍等多种制备技术。
应用：最初主要应用于航空航天领域和特殊需求的工 业品，近几年开始在体育休闲、汽车、建筑等民用领 域应用，目前尚属于应用开发的初期阶段，还有待于 进一步研究开发。
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
对纤维的要求：需要专用无捻纤维，进入口模被树脂 浸润前易于分散，且能在树脂熔体中浸润分散良好， 在设备牵引力作用下不能断丝，以保证正常生产。
设备需要专用机头，引进国外设备需要上千万元，国 内也有专用设备，主要为塑料改性企业与设备厂商联 合研发成型口模，但挤出成型材料性能较国外差距较 大。
我国的短纤维热塑性复合材料的品种已与发达国家接近，但是，产 量与发达国家有很大差别，尤其是工程塑料与国外差距更大。
热塑性复合材料的种类：短纤维增强热塑性复合材料；长纤维增强 热塑性复合材料；连续纤维增强热塑性复合材料
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
特点
密度小，比刚度和比强度大； 韧性优于热固性树脂，复合材料具有良好的抗冲击强度； 加工过程中不发生化学反应，成型周期短 ； 简化部件的成型工艺环节，制造成本低 ； 成型压力较低，成型模具费用低； 废料可以回收利用； 性能设计的自由度大 ； 质量一致性好。
特点（与短纤维相比） 1）纤维长度一般为10～15mm，冲击强度高；2）比刚度和比强度 高，抗冲击性能好，特别适合于汽车部件；3）耐蠕变性能提高， 尺寸稳定性好，部件成型精度高；4）耐疲劳性能优良；5）在高 温和潮湿环境中稳定性更好；6）成型过程中纤维可以在成型模具 中相对移动，纤维损伤小。
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点
三、影响热塑性复合材料质量的因素
树脂基体对热塑性复合材料性能的影响
纤维增强不同树脂基体材料性能对比
性能
30%玻纤尼龙66
拉伸强度/MPa
186（75）
拉伸模量/GPa
9.7
弯曲强度/MPa
262（110）
弯曲模量/GPa
8.7
缺口冲击强度/（kJ/m2）
12
30%玻纤聚丙烯 80（30） -110（40） 5.4 15
2
弯曲强度/MPa
218
231
260
275 280
缺口冲击强度/（kJ/m2）
11.1
11.8
12.5
15
16
三、影响热塑性复合材料质量的因素
纤维直径对性能的影响
性能
拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 弯曲强度/MPa 弯曲弹性模量/GPa 缺口悬臂梁冲击强度/(kJ/m2) 无缺口悬臂梁冲击强度/(kJ/m2)
长纤维增强热塑性塑料
长纤维与短纤维增强尼龙66性能对比
性能
30%短玻纤尼龙66 30%长玻纤尼龙66
拉伸强度/MPa
186
196
拉伸模量/GPa
9.7
10
弯曲强度/MPa
262
321
弯曲模量/GPa
8.7
10
缺口冲击强度/（kJ/m2）
12
24
压缩强度/MPa
212
258
50%长玻纤尼龙66 254 18 405 17 -273
玻璃纤维在热塑性塑料上的应用
赵红玉 余姚中国塑料城塑料研究院
二○一二年六月
一、热塑性复合材料的历史与发展
热塑性塑料的发展：1924年研制出醋酸纤维素；30年代后期，热塑 性塑料得到快速发展，1938年，杜邦公司发明了尼龙66；1939年实 现了聚乙烯的工业化生产，1953年美国的齐格勒研制成功了低压聚 乙烯，1957年正式在世界各国工业化生产，聚丙烯也于50年代实现 了工业化生产。随着石油和化学工业的发展，热塑性塑料发展速度 加快，为热塑性复合材料的发展奠定了基础。