《低浮纤GFRPP复合材料的制备及其性能表征》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低浮纤GFRPP复合材料的制备及其性能表征（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、低浮纤GFRPP复合材料的制备及其性能表征Wang Dou;Qu Minjie;Xu Peiqi;Feng Na;Wu Lihao【摘要】采用包覆工艺制备了聚丁烯-1/玻璃纤维(PB-1/GF)母粒,将其与聚丙烯 (PP)熔融共混制备玻纤增强PP(GFRPP)复合材料，并研究了 GFRPP复合材料的表 面形貌、力学性能和结晶性能结果表明:加入PB-1/GF母粒可有效改善GFRPP复 合材料的浮纤现象，使复合材料表面具有更少裸露的GF.在包覆工艺下,PB-1质量分 数为10时,复合材料表现出优异的力学性能,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分 别为68.42 MPa,118.80 MPa,3.41
2、kJ/m2.同时，包覆工艺可使复合材料的结晶度 有一定程度提高.期刊名称】 现代塑料加工应用年(卷),期】 2019(031)003【总页数】4页(P29-32)【关键词】 聚丁烯-1;玻璃纤维母粒;聚丙烯;力学性能;表面形貌【作 者】 Wang Dou;Qu Minjie;Xu Peiqi;Feng Na;Wu Lihao【作者单位】 ;【正文语种】 中文玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料具有强度高、成型周期短、成本低等优点1,在20世纪70年代投入使用后便在机电工业、防腐工程、建筑工业以及航空航天、船舶、车辆等许多领域得到了广泛应用。但在工程应用方面,GF外露的现象却 很大程度上限制
3、了 GFRPP材料的应用2。因此，改善复合材料的表面浮纤现象对 有效提升GFRPP复合材料的综合性能显得尤为重要。聚丁烯-1(PB-1 )具有较好流动性、高剪切变稀性以及低结晶温度的特点，可有效改 善GFRPP复合材料的表面浮纤现象。下面采用包覆工艺制备了 PB-1/GF母粒，将 其与PP等熔融共混制备了 GFRPP复合材料，以平衡复合材料的表面性能和力学性 能,使制品表面仅存在少量浮纤的情况下,力学性能仍保持较高水平；并使用扫描电 子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等对GFRPP复合材料的表面形貌、结晶 性能和力学性能进行了表征。1 试验部分1.1 主要原料GF,T635B,长度为
4、4.5 mm,直径为17 pm,泰山玻璃纤维有限公司;PP,Z30S,熔体流 动速率(MFR)为21.26 g/10 min (230 C,2.16 kg),大连西太平洋石油化工有限公 司PB-1,HY-ET042,MFR(190 C, 2.16 kg)为 0.48 g/10 min,山东瑞达化工有限公 司;马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH),接枝率3.84%,自制。1.2 主要仪器与设备开放式炼塑机,SK-160B,上海思南橡胶机械有限公司;高速混合机,SHR-5A,张家港市 锦丰神马塑料机械厂;双螺杆挤出机,TDS-35D,南京越升挤出机械有限公司;微型注 塑机,WZS10D,上海新硕精
5、密机械有限公司;冲击试验机,HY-JJ-5,成都宇衡电子有限 公司;SEM,JSM-7800F,日本电子株式会社;旋转流变仪,DHR-2,DSC,Q2000,均为美 国TA仪器公司;微机控制电子万能实验机,RGT-5,深圳市瑞格尔仪器有限公司。1.3包覆工艺制备低浮纤GFRPP复合材料1.3.1 PB-1/G F母粒的制备将PB-1和GF在开放式炼塑机上混炼10 min压制成薄片，为PB-1具备较好的黏 度,达到更好的包覆效果，混炼温度为130 C,待自然冷却12 h后于高速混合机将薄 片打碎，薄片混合均匀，得到直径在15 mm以下的碎片即PB-1/GF母粒。1.3.2低浮纤GFRPP复合材料
6、的制备将PP,PB-1/GF母粒和PP-g-MAH 起加入到高速混合机混合均匀后，放入到双螺 杆挤出机中，经挤出造粒得到25 mm的粒料即为低浮纤GFRPP复合材料。 PP/PB-1/GF为直接共混PP,PB-1和GF制备的复合材料;经过包覆工艺制备的低 浮纤GFRPP复合材料以PGx命名(x表示PB-1质量分数)。试样配方见表1。表 1 试样配方 样品 PPGFPB-1PP-g-MAH PP/PB-1/GF5730103 PG6613063 PG8593083 PG105730103 PG155230153 PG2047302031.4 性能测试与表征SEM分析:对样品表面镀金，放大100倍
7、观察制品的表面和液氮脆断后断面形貌。DSC分析:在氮气保护下，以20 C/min从25 C升至220 C,保温5 min以消除热 历史，以20 C/min降温进行结晶，然后以20 C/min升至220 C。流变性能分析： 在200 C的流动模式(频率为0.1 3 000.0 s-1)下，对复合材料的熔体静态流变行 为进行了测试；试验采用直径为25 mm、间隙为1 mm的平行板。拉伸强度按照 GB/T 1040.12006测试;弯曲强度按照GB/T 93412008测试;冲击强度按照 GB/T 18432008 测试，试样尺寸为 70 mmx10 mmx4 mm。2结果与讨论2.1 复合材料的表
8、面形貌分析图1为不同PB-1用量GFRPP复合材料表面形貌的SEM照片,PP/PB-1/GF和 PG10的断面形貌如图2所示。图1 GFRPP复合材料的表面形貌从图1(a)中可以看出,未做包覆处理的复合材料表面有大量浮纤外露,表面有可视的 凸起结构。图1(b) (f)为复合材料经过包覆处理的制品表面,GF基本被树脂覆盖且 表面相对光滑。这说明,GF经PB-1包覆工艺制备的GFRPP复合材料表面浮纤大 幅减少。在包覆工艺条件下，当PB-1的质量分数大于10%时,表面存在少量裸露的 GF。一方面是因为PB-1具有较好的流动性，在注射时能更快更容易到达模具的表 面，使得GF出现在表面的机会减小；另一
9、方面，在“喷泉”效应下，即使部分GF被 喷到模具表面,PB-1层的包覆作用也一定程度阻碍了 GF的外露。图 2 PP/PB-1/GF 和 PG10 的断面形貌(x1 000)从图2(a)可以看到，未做包覆处理的复合材料表面光滑干净，几乎不存在树脂黏附情 况。从图2(b)中观察包覆工艺制备的PG10复合材料表面被一层树脂均匀覆盖。 进一步表明,PB-1成功实现了对GF的包覆。2.2 流变分析图3为PP和PB-1的流变性能,GFRPP复合材料在200 C下的剪切黏度和剪切速 率的关系如图4所示。图3 PP和PB-1的流变性能图4 GFRPP复合材料的流变性能从图3可以看出,PB-1初始黏度要大于P
10、P,达到“先入为主”的物理作用进而实现 对GF的包覆。试验也论证了 PP由于初始黏度小无法实现对GF的包覆。因此，造 粒过程中即使螺杆产生的分离作用使得PB-1剥离，也只是部分PB-1的分离,GF表 面仍存在PB-1。由图4可见,在一定温度下,复合材料的剪切黏度均随剪切速率的增加而降低,表现为 剪切变稀性,表明复合材料为假塑性流体。从图4还可以看出，当PB-1质量分数为 10%时,在测试剪切速率范围内,复合材料的剪切黏度更低。这表明,包覆工艺实现了 PB-1对GF的包覆，促进了 GF更好运动。而过多的PB-1由于其分子链较长会存 在团聚现象,因此剪切黏度反而增大。2.3 复合材料的结晶性能分析
11、GFRPP复合材料的DSC数据见表2。表 2 GFRPP 复合材料的 DSC 参数样品 tm/Ctc/GHm/(Jg-1)Xc/% PP/PB-1/GF164.52119.3941.4020.00 PG6164.36119.5442.9320.73 PG8164.56119.2243.5821.05 PG10164.65118.8450.6924.48 PG15164.51119.3745.3221.89 PG20164.22119.6546.1622.29 注tm为熔融温度;tc为结晶温度;Mm为熔融焓;Xc为结晶度。从表2可知，包覆工艺对复合材料的tm和tc影响较小,在包覆工艺下，复合材料
12、的 Xc随PB-1用量的增加呈先增大后降低的趋势。和PP/PB-1/GF相比,PG10的Xc 提高了 22.4%。一般而言,GF对结晶聚合物的tc和Xc起着促进作用3。而该试 验中,PB-1质量分数低于10%时,GF对复合材料的tc影响较小。原因可能是随着 PB-1的进一步增加,PB-1层阻碍了 GF对复合材料结晶的影响，且PB-1的tc为 80 C朋显低于PP的tc(150 C),所以，在GFRPP复合材料中加入PB-1可以有效 降低增强PP的tc,复合材料的tc降低，树脂会在较低温度下结晶冷却，在压力作用下, 树脂就更容易出现在模具表面,GF出现的几率反而降低，从而改善浮纤现象。Xc的 增
13、加是因为PB-1的增韧作用使复合材料易于取向结晶，并且增加了链的低温迁移率。 随着PB-1用量的增加，复合材料的Xc下降，而tc有所升高。这因为PB-1分子链 柔性大，增加了分子的纠缠几率，导致复合材料的Xc有所降低，并且PB-1分子链的 缠结使PB-1部分团聚，使tc小幅度回升。2.4 力学性能分析GFRPP复合材料的力学性能数据如表3所示。表3 GFRPP复合材料的力学性能样品拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa冲击强度 /(kJm-2) PP/PB-1/GF86.15167.907.74 PG662.46110.104.67PG860.13110.703.68 PG1068.42118.80
14、3.41 PG1550.89100.875.33 PG2050.2298.536.24从表3可以看出,在包覆工艺下，随PB-1用量增加，复合材料的拉伸强度和弯曲强度 呈现出了先增大后减小的趋势,而冲击强度则相反。原因是包覆工艺形成的母粒多, 使制品的强度降低更多。当PB-1质量分数为10%时,复合材料的拉伸强度(68.42 MPa)、弯曲强度(118.80 MPa)、冲击强度(3.41 kJ/m2)均高于纯PP,此工艺解决 了低浮纤问题。根据相关资料可得,在广汽菲亚特汽车有限公司应用中,PP复合材料的拉伸强度为 20 35 MPa,弯曲强度为35 50 MPa4,因此,GFRPP复合材料力学性
15、能满足一 般汽车行业实际应用的要求。当PB-1质量分数为10%时，复合材料表现出高强低 韧的特点,这与此时复合材料表现出高界面刚度和低界面黏性、易发生应力集中现 象有关。但随着PB-1用量的继续增加，复合材料的拉伸强度和弯曲强度在不同程度 上有所下降，冲击强度却增大。由此可见,只有在PB-1用量适中时，才能对复合材料 起到明显增强效果。3 结论a) 用PB-1将GF先包覆制得PB-1/GF母粒，再与PP等进行熔融共混制备的复合 材料,表面浮纤改善效果明显。b) 当PB-1质量分数为10%时,复合材料表面浮纤少，力学性能达较高水平,其拉伸 强度、弯曲强度、冲击强度分别为68.42 MPa , 1
16、18.80 MPa , 3.41 kJ/m2，综 合性能优于简单共混制品。c) 包覆工艺条件下,加入质量分数10%的 PB-1 可使复合材料的结晶度提高22.4% 参考文献相关文献】1 ISHAK Z A M, MANSOR T S A T, YOW B N, et al. Short glass fibre reinforcedpoly (butylene terephthalate) Part 1: Microstructural characterisation and kinetics of moisture absorptionJ. Plastics Rubber & Composites, 2013, 29(6):263-270.2 潘燕,李又兵，史文，
