任务3-4-拓展训练-1玻纤增强塑料

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1、广东轻工职业技术学院高分子教研室,1,广东轻工职业技术学院轻化系高分子教研室,塑料配混技术 Plastics Compounding Technology 改性粒料的制备,广东轻工职业技术学院高分子教研室,2,项目三：改性粒料的制备,广东轻工职业技术学院高分子教研室,3,1. 学习目标：,最终能力目标：完成共混、增强改性等塑料粒料的制备 促成目标：,物料相容剂的选择能力 物料配方制定能力 造粒设备选用及工艺参数设定能力 造粒设备操作能力 资料检索和自学拓展能力,广东轻工职业技术学院高分子教研室,4,2. 工作任务,任务3-1: PP（聚丙烯）/PA（聚酰胺）共混塑料配方制定 任务3-2: PP

2、/PA共混造粒方案制定与实施 任务3-3: PP/PA共混粒料配混质量分析 任务3-4: 拓展训练-1, 玻纤增强塑料 任务3-5:拓展训练-2 ,PET包装材料的回收利用,广东轻工职业技术学院高分子教研室,5,3. 本次任务： 任务3-4: 拓展训练-1, 玻纤增强塑料,拟实现的能力目标： 配方制定能力 原料和玻纤的预处理和表面改性能力 塑料配合、混合、混炼的基本能力 混合工艺过程中常见质量问题的处理能力 团队合作与沟通能力 自主学习的能力,广东轻工职业技术学院高分子教研室,6,玻纤增强热塑性塑料粒料的基本原理和方法？ 增强改性中原料和填料的基本物性和配合原理？ 原料和玻纤的预处理和表面改性

3、能力？ 双螺杆挤出机生产短纤维增强塑料粒料工艺的优点？,4. 知识要点,广东轻工职业技术学院高分子教研室,7,5. 学习活动,查找短玻纤的生产厂家，比较其产品的规格、性能与用途。 通过查阅相关资料完成原料的选择和配方制定 根据实际实验条件，选择改性造粒工艺路线与设备，制定实验方案、安全及防护规定。 学生分组讨论解决引导课文中的相关问题,广东轻工职业技术学院高分子教研室,8,6. 任务深化,硅烷类处理剂、沃兰等常用处理液处理玻纤的工艺及效果？ 不同挤出工艺制造短纤维增强塑料粒料的优缺点？,广东轻工职业技术学院高分子教研室,9,7.拓展与提高,玻璃纤维表面处理方法及影响因素？ 偶联剂用量及影响处理

4、效果的因素？ 如何制备片状和团状纤维增强模塑料？,广东轻工职业技术学院高分子教研室,10,8.作业布置,根据任务的学习，查阅相关资料，撰写总 结报告。,任务3-4完成,广东轻工职业技术学院高分子教研室,11,任务3-4相关知识,广东轻工职业技术学院高分子教研室,12,1. 增强改性的概念,增强改性是在聚合物基体中加入增强材料以改进聚合物的性能，特别是力学性能的一种改性方法，改性结果得到复合材料。 增强材料通常是纤维类材料及其制品，如玻璃纤维、玻璃布、玻璃毡、碳纤维、硼纤维、晶须、有机聚合物纤维及其织物。它们在聚合物中的作用类似于钢筋在水泥建筑材料中的作用。其中，聚合物基体为连续相，纤维为分散相

5、，两相间“取长补短”、“协同作用”，极大地弥补了单一材料的缺陷，赋予聚合物复合材料各种优异的性能，大大拓展了聚合物材料的用途。 复合材料是材料家族中最年轻、最活跃的新成员。按GB3961术语，复合材料是指由两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料(基体)和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物。在复合材料家族中，目前使用最广、效果最好的是纤维增强材料。它以纤维增强塑料(树脂基)和纤维增强弹性体(橡胶基)为代表，其特点是加工性能好、加工周期短、强度高、材料轻，抗疲劳性能、减振性能、高温性能和耐腐蚀性能好。,广东轻工职业技术学院高分子教研室,13,2. 增强改性的目的和意义,目的：改进聚合物性能

6、，特别是力学性能。 意义：1.可以替代大量有色金属，如铜、铝合金、不锈钢等，降低原料成本； 2. 与金属零件相比，成型方法简单、经济，适于批量生产； 3. 热塑性基体，废品可回收利用，提高材料利用率。,广东轻工职业技术学院高分子教研室,14,3. 纤维增强聚合物基复合材料的类型,复合材料包括三要素：基体材料、增强材料及复合方式。按此标准，纤维增强聚合物基复合材料可划分为多种类别。 按基体材料划分 可分为纤维增强塑料(树脂基)与纤维增强弹性体(橡胶基)。按基体聚合物的热行为，又可有热塑性与热固性之分。热固性增强塑料，简称FRP。热塑性增强塑料，简称为FRTP。 按增强材料划分 按纤维的排列，可划

7、分为单向纤维、双向纤维与三向纤维聚合物基复合材料；按纤维的形态，可划分为连续(无限长)纤维、长纤维、短纤维与磨碎纤维增强聚合物基复合材料；按纤维的种类，可划分为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、金属纤维等纤维增强聚合物基复合材料。 增强材料采用玻璃纤维及其制品时所得到的热固性玻璃纤维增强塑料，即所谓的“玻璃钢”，缩写为GFRP；热塑性玻璃纤维增强塑料，缩写为GFRTP；采用碳纤维的热固性增强塑料与热塑性塑料的缩写分别为CFRP与CFRTP。 按复合方式划分 纤维与聚合物可采用多种复合方式，组成复合材料。如预混复合、浸渍复合、层叠复合、骨架复合等。,广东轻工职业技术学院高分子教研室,15,4.

8、 纤维增强聚合物复合材料的性能,1. 比强度高比刚度大 可减轻自重，承受较多的载荷和改善抗震性能 2. 成型工艺性能好 与金属基复合材料相比较 ：没有大量的切割，原材料消耗少，所用功率也不大，可制成形状复杂的部件，尤其适宜于制作相当大的整体结构部件。 3.材料性能可以设汁 复合材料和复合材料的结构部件(产品)都具有可设计性。 纤维增强复合材料及其结构的可设计性，表现在选择纤维的种类、性能和体积分数，安排铺层的方向、层数和层次。根据载荷的种类、大小、使用要求和工艺条件等，对结构的形式、尺寸和厚度等进行没计，可使结构的性能、质量和经济指标等都做到合理和优化。 4. 抗疲劳性能好。 疲劳破坏是材料在

9、交变载荷作用下，由于裂纹的形成和扩展而造成的低应力破坏。纤维和基体间的界面能阻止裂纹的扩展；疲劳破坏总是从纤维或基体的薄弱环节开始，逐步扩展到结合面上，损伤较多且尺寸较大。 5. 破损安全性能好 6. 减振性能好 7.热稳定性好,广东轻工职业技术学院高分子教研室,16,5.玻璃纤维的分类和性能,(1) 按玻璃纤维的组成、特性与用途分类,(2) 按玻璃纤维的直径分类 初级玻璃纤维，单丝直径20m；中级,1020m；高级，39m；超级，3m,(3) 按玻璃纤维的长度：连续玻璃纤维、短切玻璃纤维以及磨碎纤维等,广东轻工职业技术学院高分子教研室,17,6. 原料的选择及配方,树脂的选择：两个依据，一是

10、根据增强和改性塑料产品性能对树脂的性能要求，二是增强改性塑料粒料所加工的制品的几何形状和尺寸所要求的流动性能。例如，制备玻纤增强聚丙烯粒料时，由制品性能要求确定选用的是均聚聚丙烯、共聚聚丙烯还是化学处理聚丙烯，用于低温环境仍要求保持高强度和良好的冲击性能，则采用乙烯丙烯共聚物，需要高流动性加工则选用高熔体流动速率聚丙烯。 2. 增强纤维 热塑性树脂的增强通常采用玻璃纤维，无碱玻璃纤维或中碱玻璃纤维；纤维直径； 合成树脂是高分子有机物质，玻璃纤维是无机物质，二者性质差别很大，复合在一起的强度取决于二者间界面的作用力。为了改善二者间的结合能力，必须要对二者的界面进行处理。同时为使玻璃纤维在高温剪切

11、作用下不致过于断碎而影响增强效果，以及确保玻璃纤维在树脂熔融塑炼过程中有一定的流动性和良好的分散性，对玻璃纤维表面必须加以处理。 3.填充材料 降低产品的成本；调节加工流动性；改进物理机械性能；赋予材料新的性能等 4. 树脂改性剂,广东轻工职业技术学院高分子教研室,18,7.纤维表面处理的基本原则,1. 极性相近原则 无机增强材料的表面与聚合物基体有较大的差别，基体不易浸润增强材料的表面，造成复合过程中基体材料难以完全排除增强剂表面已吸附的气体，使复合材料孔隙率高、性能差。因此，对增强材料表面进行改性，使两者极性相近 2. 界面酸碱匹配原则 接触体系界面电子斥引作用相匹配，界面酸碱配位产生粘合

12、力，提高复合材料界面的粘接强度。 3. 形成界面化学键原则 为了使复合材料既有优良的物理力学性能，又具有抗腐蚀、耐湿热老化性能，粘接的界面必须具备既有分子间作用力又有化学键力。处理增强材料表面时，同时必须考虑选用的表面处理剂是否具有能与增强材料表面及聚合物表面起化学反应的反应性基团和反应的可能性。,广东轻工职业技术学院高分子教研室,19,玻璃纤维的表面处理，就是在光洁的玻璃纤维表面涂上一层均匀的表面处理剂(或称粘合剂、偶联剂)。工程中常采用偶联剂来对玻璃纤维进行表面处理。处理方法分为前处理(将偶联剂加入浸润剂中，或用偶联剂直接代替石蜡乳剂，主要用于无捻粗纱及其纺织制品)、后处理(玻璃纤维经热处

13、理后再用偶联剂处理，主要用于有捻纺织制品)和迁移法(偶联剂直接加入树脂中，主要用于缠绕、模压成型)等三种。,8. 玻璃纤维的表面处理,广东轻工职业技术学院高分子教研室,20,9. 双螺杆挤出机制造玻璃纤维增强粒料的优点？,纤维是在挤压系统下游物料已熔融塑化处加入，可大大减少由第一加料口加入后经固体输送段造成的纤维过度折断。 纤维在树脂熔融后加入，有利于熔体对纤维的包裹，对玻纤提供了润滑保护，大大减轻对螺杆、料筒的磨损。 双螺杆挤出机常采用积木式结构，通过改变螺杆结合方式及改变玻璃纤维送入后的那一段螺杆长度，可以在一定范围内改变玻璃纤维的平均长度。对于易磨损的几节筒身和螺杆，可及时更换而不必报废

14、整个料筒和螺杆。对于不同的基体树脂，可采用不同的螺杆组合。 沿着螺杆螺纹可以是不连续的，在这些不连续的区段可以设置一些特殊的捏合元件，以适应复合工艺要求。沿着料筒可以有一个或一个以上的排气口，以便将水分及聚合物、浸润剂分解物排除，以利于树脂对纤维的润湿。,广东轻工职业技术学院高分子教研室,21,10. 短纤维增强塑料粒料制造方法比较,广东轻工职业技术学院高分子教研室,22,11. 玻纤增强热塑性粒料的质量检验,增强改性粒料外观 增强改性塑料粒料外观应塑化良好，无明显杂质和碎末，无浮纤，色泽一致、色度纯正。颗粒大小均匀。 流动性 采用熔体流动速率仪测定。 物理力学性能测定 将增强改性粒料注塑试样，根据制品性能指标要求测试：拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、硬度、拉伸和弯曲模量等。 热性能 将增强改性粒料注塑为试样，测定热变形温度、热膨胀系数等。,热塑性树脂经玻纤增强后，除保持原有的优良性能外，强度、硬度和刚性大大提高，且具有良好的耐热性、尺寸稳定性和低温冲击性以及耐电弧性能，收缩率减小。,