玻璃纤维增强聚丙烯作业

高分子101 泰钰 1013141002

玻璃纤维增强聚丙烯

聚丙烯树脂原料丰富、加工性能好, 具有优良的耐腐蚀性、电绝缘性, 它力学性能, 包括拉伸强度、压缩强度、硬度等均比低压聚乙烯好, 而且还有很突出的刚性和耐折叠性，并且价格低廉。而聚丙烯急待克服的缺点为: 成型收缩率较大, 低温易脆裂, 耐磨性不足, 热变形温度不高, 耐光性差等。采用玻璃纤维增强不仅保持了原始树脂的优良性能,而且显著地提高PP的机械性能、耐热性能和尺寸稳定性能的重要措施。可较满意地代替有色金属。因而在化工、绝缘材料、电子、汽车等工业部门中的应用日益扩大。

增强后的材料与单一聚丙烯相比, 玻纤增强聚丙烯通常有以下几个特点:

( 1) 力学性能在不同程度上得到提高。

( 2) 热性能得到提高, 加热变形温度增大、热膨胀系数下降。

( 3) 尺寸稳定性能得到改善, 收缩率减小, 受热变形减小。

( 4) 具有良好的耐蠕变性能。

( 5) 其他性能如硬度得到提高, 吸水性降低等。

一、实验主要原料

( 1 ) 聚丙烯树脂( PP ) ,

( 2 ) 玻璃纤维( GF ) 表面用有机硅处理

( 3 ) N,N , 一4 , 4 产二苯甲烷双马来酞亚胺( DBM ) , 黄色粉末; 熔点:154～156℃, 工业纯。

( 4 ) 过氧化二异丙苯( DCP ) , 白色晶体颗粒; 熔点: 39 一41 ℃ , 分解温度132℃二、主要仪器设备

双螺杆挤出机（SHJ - 5 5 ）注塑成型机（CT - 1 2 5 0 ）

电子万能试验机（WDS - 1 0 型）简支梁冲击试验仪（XCT - 4 0 型）

三、玻纤增强PP的制备

将PP与 DCP及其他辅料、助剂等按比例加入高速混合机内混合，从双螺杆挤出机的主加料装置定量加入共混料，从第4 区加入定量的无碱玻璃纤维，与熔化的混合物料共混、挤出、牵引、冷却、切粒，制成玻纤增强PP改性料。

玻纤增强PP粒料的生产工艺流程如图所示：

四、界面处理

玻璃纤维增强PP的物理化学性能取决于基体树脂与玻纤界面的结合力。通过纤维材料与PP树脂的牢固粘接，使PP树脂不能承载的负荷或能量转移到支撑的纤维上，从而提高PP树脂的力学性能。在制备玻纤增强PP复合材料时，为了提高玻纤与PP树脂的界面粘合力，需要用偶联剂对玻纤表面进行处理。一般采用硅烷偶联剂对其进行处理。由于硅烷偶联剂与PP和玻纤都有一定程度的亲和性，即其分子的一端（亲水基）为可水解基团，水解后的硅羟基可与玻纤表面的硅羟基发生缩合反应，与玻纤表面形成化学键，实现良好的界面结合；而另一端

（亲油基）与PP形成物理结合，从而使二者界面的结合力加强，提高了玻纤增强PP的力学性能。但由于PP分子结构中不存在活性基团，硅烷偶联剂不能与PP形成化学键，只能以范德华力与PP作用，因此，偶联剂对玻纤增强PP的界面虽有一定的促进作用，但效果不显著。因此我们一般用过氧化二异丙苯(DCP)等过氧化物与PP的接枝物来增容玻纤增强PP可显著提高材料的综合性能。

据报道在PP中添加少量的DBM可以改善PP与GF之间的粘结。我们反复研究了DBM对FRPP性能的影响, 实验结果表明, DBM对FRPP性能的改善显示出了明显的效果。加有DBM的试样其抗张强度、弯曲强度和冲击强度( 缺口)与不加的比较都有大幅度提高, 马丁耐热温度提高了近20 ℃ , 同时重复多次实验, 都能得到类似的结果。DBM作用机理：DBM化合物的通式中R为芳香烃基, 随着R的变化, 有许多种可能用的衍生物。一般用的为:N , N 尸一4 , 4 产一二苯甲烷双马来酞亚胺。关于DBM与PP和GF (已用硅烷处理)的反应机理报导尚少。为了对其进行探讨,曾对有关样品进行了如下的分析比较

( 1 ) 胶凝率测定（2 ) 红外光谱分析（3 ) 电镜分析

五、成型工艺

由于GF的引入，必将对原有基体材料的性能带来极大的影响，而其随GF的含量变化以及成型工艺条件的不同，导致整个复合材料的性能也各异，同时性能的变化情况也是随其条件而不同。使用悬浮沉积法模压工艺制得的GF增强复合材料，其表面粘结强度和拉伸强度明显提高。其工艺方法为, 在聚丙烯粒状树脂中加入一定量的4 . 4一二氨基二苯甲烷双马来酞亚胺经ZSK双螺杆配料挤出机熔融接枝交联, 直接用粗纱玻璃纤维进行一步法连续增强。此法有以下特点:

1 、采用粒状或粉状聚丙烯均能生产玻璃纤维增强聚丙烯树脂, 其质量相同。

2 、玻璃纤维增强聚丙烯树脂性能稳定, 制品表面光泽, 玻璃纤维分散均匀, 无漏出现象。

3 、工艺流程短, 比二步预合法及包覆法减少了玻璃纤维切断与混合的工艺和装置。

六、GF的品种、用量及纤维单丝直径对性能的影响

1 品种和用量的影响

不同的GF化学组成不同, 所得玻璃纤维增强聚丙烯(FRPP) 的性能也有差异。从试验结果看出, 采用无碱玻璃纤维, 其FRPP的机械强度、耐水性方面比采用中碱玻璃纤维为好, 其抗张强度和弯曲强度在干态下无碱的比中碱的高13～16% , 湿态下(水煮390小时) 高16～20 %这是由于GF本身的组成、强度与FRPP的强度有密切的关系。因此, 对于要求电气绝缘或要求较高机械强度的制品来说, 最好采用无碱玻璃纤维，许多制品对强度、电性能、耐水性能的要求并不太高, 可以多用些中碱纤维, 以便扩大纤维来源并降低成本, 至于在酸性环境下使用的产品, 采用含碱纤维为好。

2 GF单纱直径的影响

一般认为纤维越细, 其增强塑料的性能也越好。但纤维越细, 成本越高。国外增强塑料所用的玻璃纤维单纱直径都在向粗发展, 一般在10 ～15 微米范围内。同时认为单纱直径在7 ～13 微米范围内变动时, 不影响玻纤增强塑料的强度。我们曾比较过6微米和8～9 微米的GF 对FRPP性能的影响, 所得力学性能的结果几乎相同。

七、FRPP的性能特点

( 1 ) 机械强度

由于改善了PP一GF界面状态, FRPP显示出了优良的机械性能, 它的抗张强度和弯曲强度比纯PP 提高1.5倍左右。最有意义的是冲击强度的提高,PP经增强改性后, 可减少树脂对缺口冲击的敏感, 能有效地分散冲击力, 室温下的冲击强度( 缺口)比PP提高了一倍。另外PP的低温性熊很差, 温度降低, 冲击强度迅速下降, FRPP在低温时仍能保持相当高的冲击强度。( 2 ) 热性能