万方数据
王洪增,等增强聚丙烯汽车发动机风扇改性料的研制 33
图1玻纤增强PP粒料的生产工艺
传递到玻纤上,因而未经表面处理而直接使用的玻纤
增强PP性能较差。用硅烷偶联剂对玻纤表面进行处
理,可以提高玻纤与PP树脂的界面粘合力[1]。本实
验选用硅烷偶联剂KH-一550处理玻纤表面。表l列
出玻纤经偶联剂处理和未处理时,其增强PP的性能
对比。
表1玻纤的表面处理对增强PP(玻纤含量20%)
性能的影响
偶联剂质量拉伸强度弯曲强度弯曲模量冲击强度热变形温度
含量(%) (胁) (Ⅷ)a) (堋)a) (J,m) (℃)
0 38.5 46 2200 7.6 152
O.5 42 52 2500 8.5 154
由表1可见,经偶联剂处理的玻纤增强PP的性
能相对较高。这是由于硅烷偶联剂与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,
从而使两者界面的粘接力增强,提高了玻纤增强PP
的力学性能【2J。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。
2.2玻纤含量对玻纤增强PP性能的影晌
图2是玻纤含量对增强PP拉伸强度和弯曲弹性
模量的影响。图2表明,随着玻纤含量的增加,增强
PP的拉伸强度和弯曲弹性模量成倍提高。当玻纤含
量达到20%时,弯曲弹性模量由初始的1000加)a增
加到2500MPa,提高了1.5倍。玻纤增强PP的拉伸
强度虽没有弯曲弹性模量提高的幅度大,但也得到了
显著提高,玻纤含量对拉伸强度的影响基本上呈线性
关系,当玻纤含量达到20%时,拉伸强度的提高超
过了50%。
当玻纤增强PP受到平行于纤维的方向拉伸时,
∞
生
创
强
堡
裂
玻纤质量含量,%
重
嫡
篓
藉
静
图2玻纤含量对玻纤增强PP拉伸强度和弯曲弹性
模量的影响 、
+拉伸强度 +弯曲弹性模量
玻纤质量含量,%
图3玻纤含量对玻纤增强PP缺口冲击
强度和热变形温度的影响
+缺口冲击强度 +热变形温度
PP树脂会发生“塑性”屈服,因而玻纤承受的应力
要比PP树脂大得多。这时,纤维周围的树脂就存在
一个应力变小的区域,在这个区域中纤维要有一定程
度的交迭,才能使其传递外力作用,提高材料的强
度,因而复合材料的性能与玻纤含量有直接的关
系b】,即拉伸强度和弯曲弹性模量随玻纤含量增加而
提高。
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万方数据
王洪增,等增强聚丙烯汽车发动机风扇改性料的研制
图3示出了玻纤含量对增强PP冲击强度和热变
形温度的影响。从图3中可见,增强PP的热变形温
度随着玻纤含量的增加有较大幅度的提高,当玻纤含
量为20%时,材料的热变形温度由初始的123℃增加
到155℃,耐热性变好。冲击强度也随着玻纤含量的
增加而升高,但幅度较小。冲击强度的变化是两种因
素相互作用的结果。一方面,由于玻纤长径比较大,
长度约为0.3—砌一o.6咖,当受到冲击时,起到能量
传递的作用,从而提高了材料的冲击强度;但同时玻
纤的加入破坏了PP树脂的均一性,形成了应力集中
区,导致材料的冲击强度下降。因此,讨论玻璃纤维
对增强PP冲击强度的影响要考虑玻纤含量、玻纤长
度、长径比、界面结合力等影响因素。
2.3相容剂对玻纤增强PP性能的影响
PP本身不带极性基团,化学性质较稳定,难与
玻纤发生良好的粘结,影响玻纤增强效果。即使使用
硅烷偶联剂,但因其只能以范德华力与PP作用,效
果也不够理想。用马来酸酐(MAH)等不饱和羧酸与
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‘4|。
图4为玻纤含量20%时,相容剂用量对玻纤增
强PP拉伸强度和缺口冲击强度的影响。由图4可见,
在接枝物(相容剂’)用量小于9份时,玻纤增强PP
的拉伸强度和缺口冲击强度随接枝物用量的增加而升
高;而当接枝物用量大于9份后,强度增长有停滞的
趋势。这是由于在玻纤增强PP中加入少量接枝物
PP—g—MAH后,其非极性PP长链与PP树脂相互作用、
缠绕,其极性的接枝单体与玻璃纤维表面相互作用,
形成离子键,增加了PP与玻璃纤维之间的界面粘接。
随着接枝物用量的增加,其包覆玻璃纤维的表面逐渐
增大,使树脂和玻纤的界面亲和力增大,从而使其拉
伸强度和冲击强度提高很快;但当接枝物达到一定量
时,PP树脂和玻璃纤维的界面已布满PP—g—MAH,再
增加其用量,多余的接枝物已不起作用;同时由于用
量较大,接枝物本身的力学性能对玻纤增强PP材料
的影响占了主导作用,强度基本不再增加。
2.4增韧剂对玻纤增强PP性能的影响
PoE是DOw化学公司近几年推出的用茂金属催
化剂使乙烯和辛烯原位聚合而成的热塑性弹性体。它
有优异的韧性和良好的加工性,分子量分布窄,没有
不饱和双键,耐候性优于其他弹性体。在玻纤增强
PP中加入POE作增韧剂可以进一步提高增强PP的冲
对
垒
瑙
嘎
垂
氧
蚤
^
嚣
相
言
瘩
O 3 6 9 12 l5
相容剂用量,质量份数
图4相容剂用量对玻纤增强PP拉伸强度和
缺口冲击强度的影响
+拉伸强度 +缺口冲击强度
墨
●
蟹
宴
星
0 :{ 6 9 1 2 l5
增韧剂用量,质量份数
图5增韧剂用量对玻纤增强PP拉伸强度和
缺口冲击强度的影响
+拉伸强度 +缺口冲击强度
击强度。图5是PoE含量对玻纤增强PP性能的影
响。由图5可见,随着POE含量的增加,玻纤增强
PP的冲击强度提高幅度较大。当PoE含量为9份时,
玻纤增强PP的冲击强度由初始的12kJ/m2增加到
19l(J/矗,提高了50%。这是由于PoE具有较小的内
聚能,较高的剪切敏感性,加工时与聚烯烃的相容性
好,其表观切变粘度对温度的依赖性与PP接近,用
它增韧PP容易得到更小的分散相粒径和更窄的粒径
分布,因而对PP的增韧效果明显。
POE增韧玻纤增强PP的同时,会使材料的拉伸
强度、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度有较小幅度
的降低,因此其用量不能太多。
2.5工艺条件对玻纤增强PP性能的影响
在配方和挤出机螺杆结构一定的条件下,工艺条
∞踮∞
帖∞踮∞
_edII.赵霞晕辑
万方数据
王洪增,等增强聚丙烯汽车发动机风扇改性料的研制 35
件对玻纤增强PP性能具有较大的影响。玻纤增强PP
性能的优劣,与玻璃纤维的长度及其在混合料中的分
散均匀性、取向以及被树脂熔体浸润状态等因素有
关,其中玻纤长度是关键因素,较长的玻纤有利于提
高增强PP的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学
性能。在制备玻纤增强PP粒料时,提高挤出温度,
PP树脂的流动性增强,将会增大玻纤平均长度;提
高螺杆转速,熔体在料筒中受到的剪切力增大,玻璃
纤维与料筒和螺杆的摩擦力增加,导致大量纤维被螺
杆剪断,纤维的平均长度变小bJ。在注塑制品时,注
射速率对最终制品的性能影响较大№J。PP熔体在高
速流动时,分子链会沿流动方向取向。当分子链的取
向状态不能恢复时,制品就会产生较大的内应力;除
了PP的分子链取向,玻璃纤维也会取向。当玻璃纤
维发生取向时,材料的横向拉伸强度降低;随着注射
速率的增加,玻璃纤维的取向程度增加,制品的横向
拉伸强度下降,纵向拉伸强度增加。可通过调整注射
速率来控制制品中玻纤的取向程度。
3改性料的性能
本实验采用共聚PP作为基础树脂,用PP.g—MAH
作为相容剂,KH’一550作为偶联剂,PoE作为增韧
剂,研制出综合性能较好的玻纤增强PP改性料,达
到了汽车风扇用玻纤增强PP专用料的性能指标,如
表2所示。
4结论
(1)随着玻纤含量的增加,玻纤增强PP的拉伸强
度、弯曲强度i弯曲弹性模量、热变形温度均有较大幅
度的提高,冲击强度也有所上升;
表2玻纤增强PP汽车发动机风扇改性料的性能
项目 鬻3孵淼
拉伸强度(ⅣⅡ)a) 57 ≥55 ≥46
弯曲强度(MPa) 62 ≥60 ≥55
弯曲模弹性量(MPa) 2550 一 ≥2200
热变形温度(O.45MPa,℃)162 ≥160 ≥150
简支梁缺口冲击强度(kJ,m2)15.7 ≥15 ≥6.O
(2)偶联剂、相容剂、增韧剂、加工工艺条件等是
影响玻纤增强PP性能的主要因素,在配方设计与材料
加工过程中要综合考虑;
(3)研制的玻纤增强PP改性料达到了汽车发动
机风扇专用料的性能指标。
参考文献:
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Abs蛔ct:Itstudiedtheinnuenceofcouplingagent,contentofdassfiber,compa曲ilizer,tou出ener,pmcessing
conditionson山epmpeniesof出assfiberreinforced叫)币mpylene.Itobtainedthe出aSsfiberreirlfbrcedPPwit}lexcellent
pmperties吐l姒l曲叩血lizillgtlleforInula.卟epmpeItiesoft11ePPIeachtothepe南ⅡnanceindexoftheⅡ州ifiedPPmate—al
fbraut0渤ileengine胁.
K曲删rds:Glassfiber;P01)币即ylene;C叫phngagent;Compatibilizer;Toughener
万方数据
增强聚丙烯汽车发动机风扇改性料的研制
作者: 王洪增, 李荣勋, 刘保成, 申欣, 刘莉, 刘光烨, Wang Hongzeng, Li Rongxun,
Liu Baocheng, Shen Xin, Liu Li, Liu Guangye
作者单位: 王洪增,Wang Hongzeng(海尔集团技术装备本部,山东,青岛,266000), 李荣勋,刘保成,申欣
,刘莉,刘光烨,Li Rongxun,Liu Baocheng,Shen Xin,Liu Li,Liu Guangye(青岛科技大学新
材料研究重点实验室,山东,青岛,266042)
刊名: 塑料科技
英文刊名: PLASTICS SCIENCE AND TECHNOLOGY
年,卷(期): 2005,(3)
引用次数: 1次
参考文献(6条)
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4.申欣.孙文强.李艳霞.刘光烨.刘建军 高抗冲玻纤增强聚丙烯的研制[期刊论文]-工程塑料应用 2001(10)
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引证文献(1条)
1.Lian Rongbing.徐名智.Li Qiang.黄锐 玻纤增强聚丙烯复合材料性能研究[期刊论文]-塑料科技 2008(08)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_slkj200503009.aspx
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