簡(jiǎn)述短切玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料

1、簡(jiǎn)述短切玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料晏斌(重慶國(guó)際復(fù)合材料有限公司研發(fā)中心)摘要：短切玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料作為熱塑性復(fù)合材料中的一種被廣泛應(yīng)用于交通、化工、建筑、電子等行業(yè)。本文主要介紹短切玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的注射成型工藝、影響制品性能的因素等。關(guān)鍵詞：成型工藝；影響因素0前言復(fù)合材料根據(jù)樹(shù)脂基體材料不同，分為金屬基復(fù)合材料、無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料和樹(shù)脂基復(fù)合材料三大類(lèi)。樹(shù)脂基復(fù)合材料又分為熱固性復(fù)合材料和熱塑性復(fù)合材料（FR

2、TP）兩類(lèi)。熱塑性復(fù)合材料是指以熱塑性樹(shù)脂為基體，以各種纖維為增強(qiáng)材料而制成的復(fù)合材料。如PP、PA66、PA6、PBT等都屬于熱塑性樹(shù)脂。玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（熱塑性玻璃鋼）作為FRTP中的一大類(lèi)，具有密度小、強(qiáng)度高，熱塑性好，耐化學(xué)腐蝕，電性能優(yōu)異，加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要用于航天航空、汽車(chē)制造工業(yè)、船舶工業(yè)、化工防腐、電子工業(yè)及建筑工程等。而短切玻璃纖維增強(qiáng)FRTP作為熱塑性玻璃鋼中的一大類(lèi)，得到了很快的發(fā)

3、展和廣泛的應(yīng)用。1生產(chǎn)工藝短切纖維增強(qiáng)FRTP是將玻璃纖維（長(zhǎng)0.2~7mm）均勻地分布在熱塑性樹(shù)脂基體中的一種復(fù)合材料，其生產(chǎn)工藝一般都要經(jīng)過(guò)造粒和成型兩個(gè)過(guò)程。1.1粒料生產(chǎn)工藝粒料生產(chǎn)方法有三種，分別是短切纖維原絲單螺桿擠出法、單螺桿排氣式擠出機(jī)回?cái)D造粒法、排氣式雙螺桿擠出機(jī)造粒法。本文主要介紹第三種方法。排氣式雙螺桿擠出機(jī)造粒法根據(jù)加料方式的不同，可分為兩種造粒法。一種是將樹(shù)脂和短切后的玻璃纖維分別加入排氣式雙螺桿擠出機(jī)的兩個(gè)加

4、料漏斗，通過(guò)送料螺桿將樹(shù)脂和纖維一起送入料筒內(nèi)，在料筒內(nèi)纖維和樹(shù)脂混合均勻，經(jīng)過(guò)排氣段除去混料中的揮發(fā)性物質(zhì)，進(jìn)一步塑煉后經(jīng)口模擠出料條，再經(jīng)冷卻、干燥，然后切成粒料，俗稱(chēng)為短纖法。另一種方法是將樹(shù)脂和纖維（常為合股紗）分別加入排氣式雙螺桿擠出機(jī)的樹(shù)脂加料漏斗和進(jìn)絲口，玻璃纖維被左旋螺桿及捏合裝置所破碎，后面的工藝與短切法相同，俗稱(chēng)為長(zhǎng)纖法。粒料中的玻纖含量，前一種方法可由送料螺桿的轉(zhuǎn)速來(lái)控制；后一種方法可由調(diào)整送入擠出機(jī)的玻纖股數(shù)和料

5、筒內(nèi)的螺桿轉(zhuǎn)速來(lái)控制。雙螺桿擠出機(jī)能有效地使樹(shù)脂充分塑化，并與纖維均勻復(fù)合。其工藝如下圖1—1和圖1—2。表2121同一種短切纖維同一種短切纖維ECS301HP3ECS301HP3增強(qiáng)尼龍?jiān)鰪?qiáng)尼龍6666時(shí)纖維含量對(duì)力學(xué)性能的影響時(shí)纖維含量對(duì)力學(xué)性能的影響測(cè)試項(xiàng)目20%30%40%45%50%55%60%65%拉伸強(qiáng)度MPa138.70189.99200.11225.81228.26246.25242222.71伸長(zhǎng)率(%)15.041

6、1.5315.3014.5215.7514.3018.5914.00彎曲強(qiáng)度MPa206.37286.53293.89336.70334.48363.91349.26319.71彎曲模量GPa5.067.138.1710.3811.6313.6313.6315.75缺口沖擊KJM29.2416.7416.17218718.0320.2219.7522.02無(wú)缺口沖擊KJM24885.75101.75107.50100.5105.7594

7、.7570.252.1纖維質(zhì)量的影響2.2.1纖維直徑對(duì)性能的影響玻璃纖維直徑對(duì)短切纖維增強(qiáng)FRTP的性能影響是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，表22為纖維直徑對(duì)尼龍復(fù)合材料的影響。一般來(lái)講，纖維直徑越細(xì)，強(qiáng)度越高。但是若纖維直徑太小，將會(huì)增加生產(chǎn)的難度，而且細(xì)纖維用在復(fù)合材料中，弱界面也會(huì)隨之增加，加工過(guò)程中的纖維磨損嚴(yán)重，強(qiáng)度損失也較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常有7μm、10μm、10.5μm、13μm。2222不同纖維直徑對(duì)尼龍玻璃鋼性能的影響不同纖維

8、直徑對(duì)尼龍玻璃鋼性能的影響纖維名稱(chēng)ECS301CL3ECS301CL3ECS301CL3ECS301CL3ECS301CL3直徑μm10.511131517GF(%)31.6932.3133.0933.0430.89拉伸強(qiáng)度MPa172.75178.09176.62169.59163.28伸長(zhǎng)率(%)10.1411.2611.3210.7310.68彎曲強(qiáng)度MPa265.01249.78251.65236.83238.85彎曲模量GPa

9、7.606.716.866.826.80缺口沖擊KJM218.4616.8818.6117.5918.03無(wú)缺口沖擊KJM293.00082.258263.7554.5綜合比較（以10.5un為基準(zhǔn)）10094.3096.5487.8485.222.2.2纖維長(zhǎng)度和分散狀態(tài)對(duì)性能的影響纖維長(zhǎng)度對(duì)FRTP性能影響很大，在保證纖維均勻分布的前提下，一般規(guī)律是纖維越長(zhǎng)，制成的制品強(qiáng)度越高。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)玻璃纖維長(zhǎng)度小于0.04mm時(shí)，纖維不起增

10、強(qiáng)作用。相反，如果FRTP內(nèi)纖維長(zhǎng)度太長(zhǎng)，樹(shù)脂與纖維的結(jié)合將會(huì)受到影響，從而影響FRTP的強(qiáng)度。纖維在制品中的分散狀況對(duì)制品性能的影響也很大。一般來(lái)講，纖維分散越均勻，機(jī)械強(qiáng)度就越好，彈性模量也有明顯的增加。2.2.3玻璃纖維表面處理對(duì)FRTP性能的影響玻璃纖維表面處理情況直接關(guān)系著FRTP的外觀和力學(xué)性能。處理纖維表面用浸潤(rùn)劑中包括偶聯(lián)劑、成膜劑、潤(rùn)滑劑、潤(rùn)濕劑、抗靜電劑、消泡劑等。根據(jù)玻璃纖維用以增強(qiáng)不同的樹(shù)脂，用不同的浸潤(rùn)劑對(duì)玻璃