1、玻璃纖維增強聚丙烯復合材料的制備及性能研究一. 原材料1 .聚丙烯（polypropylene 簡稱 PRPP是一種熱塑性樹脂基體，為白色蠟狀材料。聚丙烯的生產均采用齊格勒一納 塔催化劑，以AI（C2H5）3+TiCI4體系在烷烴（汽油）中的漿狀液為催化劑，在壓 力為1.3MPa,溫度為100C的條件下按離子聚合機理反應制得。 聚丙烯的結晶度 為70%以上，密度為0.98，透明度大，軟化點在165C左右，脆點一1020C, 具有優異的介電性能。熱變形溫度超過 100C，其強度及剛度均優于聚乙烯，具 有突出的耐彎曲疲勞性能、耐化學藥品性和力學性能都比較好，吸水率也很低。 因此應用十分廣泛，主要用

2、于制造薄膜，電絕緣體，容器等，還可用作機械零件 如法蘭，接頭，汽車零部件等。2. 玻璃纖維（glass fiber 簡稱GF）GF是一種性能優異的無機非金屬材料。成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化 硼、氧化鎂、氧化鈉等。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經高溫熔制、拉絲、絡 紗、織布等工藝，最后形成各類產品。玻璃纖維單絲的直徑從幾個微米到十幾米 個微米，相當于一根頭發絲的1/ 20 1/ 5,每束纖維原絲都有數百根甚至上千 根單絲組成，通常作為復材料中的增強材料，電絕緣材料和絕熱保溫材料，電路 基板等，廣泛應用于國民經濟各個領域。玻璃一般人的觀念為質硬易碎物體，并不適于作為結構用材，但如其抽成絲后

3、， 則其強度大為增加且具有柔軟性，故配合樹脂賦予形狀以后終于可以成為優良的 結構用材。玻璃纖維隨其直徑變小其強度高。作為增強材料的玻璃纖維具有以下 的特點，這些特點使玻璃纖維的使用遠較其他種類纖維來得廣泛，發展速度亦遙遙領先，其特性列舉如下：1）拉伸強度高，伸長小（莖3%） o 2）彈性系數高，剛 性佳。3）彈性限度內伸長量大且拉伸強度高，故吸收沖擊能量大。4）為無機纖維，具不燃性，耐化學性佳。5）吸水性小。6）尺度安定性，耐熱性均佳。7）透 明可透過光線。8）與樹脂接著性良好之表面處理劑之開發完成。9）價格便宜。3. 乙烯-丙烯共聚物為了改善聚丙烯的沖擊性能、低溫脆性，應對之進行增韌處理。通

4、常選用的是含 有二烯烴成分的乙烯-丙烯-二烯烴三元共聚（BPDM）4. 表面處理劑PP是非極性樹脂,與其它材料的熔合性差。玻纖的表面光滑,很難與非極性樹脂結 合。改進方法主要是對玻纖的表面進行處理。表面處理劑主要用硅烷偶聯劑 ，如 KH-550等,但還不理想。因為此時PP依然是惰性的，它沒有尼龍、飽和聚酯與玻纖 之間那樣的粘結力。為了改進這一缺點，可采用以下幾種方法：（1）以過氧化硅烷偶聯劑：含有雙鍵置換基團的某些過氧化硅烷，如乙烯基三（特 丁基過氧化）硅烷。（2）以氯化物偶聯：將硅烷與全氯環戊烷,氯化二甲苯,氯橋酸酐等高氯化物并用, 可顯著地改進玻纖增強PP的強度。特別是從氯化二甲苯的熱穩定

5、性考慮,最優異。（3）對PPa行極性化處理,即在pp鏈中引入極性共聚單體,常用的極性共聚單體 有雙馬來酰亞胺（BMI）和馬來酸酐（MAH）等;或加入過氧化物，如過氧化二異丙苯 （DCP）o采用這些方法能使聚丙烯與玻纖表面產生一定程度的交聯或化學作用，因而產品 性能將大大提高。5 抗氧劑PP的氧化老化過程是按游離基連鎖反應機理進行的。 使用抗氧劑是阻止PP自動 氧化鏈反應過程進行的最有效防老化方法。抗氧劑可分為游離基鏈反應終止劑和 過氧化物分解兩類。主抗氧劑主要有胺類和酚類，輔助抗氧劑為硫酯類，配合使用 具有協同效應,主輔抗氧劑用量比為1/22/1。二、復合材料的制備及成型技術將玻璃短切纖維與粉

6、狀熱塑性樹脂聚丙烯及其填料等配置成懸浮液，攪拌均勻后沉積制成網狀坯料，再經層合、烘干制成片狀模塑料半成品，剪裁后通過模壓成 型制成復合材料制品。本實驗采用的是模壓成型技術。成型熱塑性塑料時，置于 模具型腔內的塑料被加熱到一定溫度后， 其中的樹脂熔融成為粘流態，并在壓力 作用下粘裹著纖維一起流動直至充滿整個模腔而取得模腔所賦予的形狀，此即充模階段；熱量與壓力的作用加速了熱塑性樹脂的聚合（一種不可逆的化學反應）， 隨著樹脂交聯反應程度的增加，塑料熔體逐漸失去流動性變成不熔的體型結構而 成為致密的固體，此即固化階段。聚合過程所需的時間一般與溫度有關， 適當提 高溫度可縮短固化時間。最后打開模具取出制

7、品，冷卻。三、性能測試1、拉伸強度材料拉伸斷裂之前所承受的最大應力， 這是增強塑料的一個重要的性能，它不僅 取決于纖維和基體的強度和用量比例（含膠量），還與纖維的形態因素及取向度、 界面粘結強度等有密切關系，在本實驗中，增強材料是玻璃纖維氈片，纖維的形 態因素和取向度是不變的，因此，含膠量和界面粘結強度是影響拉伸性能的主要 因素。根據GB/T1447-2005纖維增強塑料拉伸性能試驗方法試樣，不同成型 條件下制備的試樣每組做三個。將試樣編號、劃線和測量試樣的工作段任意三處 的寬度和厚度，取算術平均值。夾持試樣，使試樣的中心線與上下央具的對準中 心線一致。加載速度為10mr min，連續加載直至

8、試樣破壞為止，記錄破壞載荷 及試樣的破壞形式。2、壓縮強度試樣承受的最大壓縮應力。復合材料的壓縮強度與其模量密切相關， 能提高模量 的填料也能提高壓縮強度的效果，增強塑料的壓縮強度主要取決于聚合物的種 類、纖維的種類和形態、界面粘結等因素，由于同時要求由基體承受大部分施加 的荷載，以及增強纖維時不連續的，所以基體局部的剪切破壞將由于界面開始破 壞和纖維的增強作用損失引起一個彎曲破壞。根據GB/T1448-2005纖維增強塑料壓縮性能試驗方法制得試樣，不同成行條 件下制備的試樣每組各做三個。試樣的上下端面要相互平行，且與試樣中心線垂 直。將試樣編號，測量試樣的工作段任意三處的寬度和厚度，取算術平

9、均值。安 放試樣，使試樣的中心線與試樣機上下壓板的中心線一致。加載速度為1. 5-6mm/ min，對試樣連續、均勻加載直至試樣破壞為止，記錄破壞載荷。3、彎曲強度試樣在彎曲破壞下最大載荷時的彎曲應力。根據GB/T1449-2005纖維增強塑料彎曲性能試驗方法制得試樣，不同成型條件下每組試樣各做三個。采用三點 簡支梁法，即將試樣放在兩支點上，在兩支點中心線處加集中載荷使試樣破壞時 的強度即為彎曲強度。將試樣編號，劃線和測量試樣中間的1/3跨距內任意三點 的寬度和厚度，取算術平均值。調節跨距 L及加載壓頭位置，準確至0. 5mm加 載上壓頭位于支座中間，且使上壓頭和支座的圓柱面柱線相平行。 跨距

10、可按試樣 的厚度換算：L=(16+1)h。將試樣安放在支座中心位置上，使試樣的長度方向與 支座和加載上壓頭相垂直。加載速度為10mr/ min,對試樣連續、均勻加載直至 試樣破壞為止，記錄破壞載荷。4、沖壓剪切強度試樣所能承受的最大剪切應力。短切纖維復合材料的明顯優點是纖維不可能排列 整齊，極大的限制了復合材料的剪切變形，因而能提高復合材料的沖壓剪切強度， 在直接施加或誘導拉力作用下，也能增加橫向拉伸強度和減少平行于纖維方向上 的破壞。根據GB/T1448-2005纖維增強塑料沖壓式剪切強度試驗方法制得 試樣，不同成型條件下每組試樣各做三個。測量斷紋剪切試樣受剪面二處的寬度 和厚度，取算術平均值。將試樣放入剪切夾具的底座中，裝上上壓塊，擰緊上壓 蓋，確保試樣與其接觸的上壓塊及底座之間沒有間隙，最后按上圓柱沖頭。將安放好試樣的剪切夾具放在實驗機上，使圓柱沖頭的中心對準實驗機上壓板的中 心。加載速度為1. 5. 5m/min，通過圓柱沖頭對試樣施加均勻、連續的載荷， 直至破壞，記錄破壞載荷。5、沖擊韌性材料抵抗沖擊載荷的能力。根據GB/T145183玻璃纖維增強塑料簡支梁式沖 擊韌性試驗方法制得試樣，不同成型條件下每組試樣