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短玻璃纖維增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的性能研究
2018-09-04 11:32:49 點(diǎn)擊率:1554
短玻璃纖維增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的性能研究
中國(guó)塑料bookmark0短玻璃纖維增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的性能研究陳桂蘭羅偉東2，陳勇1，劉波劉光燁1（1.青島化工學(xué)院，山東青島2660422.吉林石化公司合成樹脂廠，吉林吉林132021）表明，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲模量隨玻纖含量的增加而增大。拉伸強(qiáng)度沒有像理論上描述的呈很好的線性關(guān)系。這是由于纖維增強(qiáng)塑料的原因是依靠其復(fù)合作用，利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力。
2玻纖長(zhǎng)度和直徑對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響玻纖長(zhǎng)度對(duì)短纖維增強(qiáng)塑料的增強(qiáng)效果影響很大。要使纖維充分發(fā)揮增強(qiáng)作用，必須使基體樹脂與纖維界面的剪切應(yīng)力大于或等于纖維本身的拉伸屈服應(yīng)力。為滿足這一條件，纖維長(zhǎng)度必須大于一臨界值。：X―熱變形溫度D-沖擊強(qiáng)度玻纖含量對(duì)熱變形溫度和沖擊強(qiáng)度的影響程度的交疊，對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度提高較小。但纖維含量達(dá)到20%~30%時(shí)，復(fù)合材料的實(shí)際強(qiáng)度與理論強(qiáng)度發(fā)生偏差，主要是因?yàn)殡S玻纖含量的增加，成型加工對(duì)纖維損傷較大，纖維長(zhǎng)度變短，強(qiáng)度降低。而彎曲模量是由微小形變引起的，與纖維長(zhǎng)度關(guān)系不大，實(shí)際值與理論值接近。
表明隨玻纖含量增加，材料的熱變形溫度明顯增加，而沖擊強(qiáng)度下降。玻纖的加入使纖維與基體樹脂間的界面層中聚合物大分子鏈段運(yùn)動(dòng)受到的阻礙作用增加，材料的玻璃化溫度提高，宏觀上表現(xiàn)為熱變形溫度的提高。但玻纖的加入也使材料的均一性下降，增加了材料中產(chǎn)生應(yīng)力集中的可能性，脆性增加。
此外，由于ABS樹脂較高的沖擊強(qiáng)度主要由聚丁二烯強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度增大，彎曲模量先增大后趨平緩，斷裂組分提供，隨玻纖含量增加，基體樹脂所占比例相對(duì)減伸長(zhǎng)率逐漸減小。本試驗(yàn)中所用玻纖的理論臨界長(zhǎng)度少，聚丁二烯含量相應(yīng)降低，材料沖擊強(qiáng)度下降。為0.915mm，當(dāng)材料中纖維長(zhǎng)度低于臨界長(zhǎng)度時(shí)，短另外，實(shí)驗(yàn)還表明，隨玻纖含量的增加，復(fù)合材料玻纖近乎以填料的形式分散在基體樹脂中，纖維幾乎的熔體流動(dòng)速率和斷裂伸長(zhǎng)率下降，而密度和硬度加沒有起到增強(qiáng)作用。復(fù)合材料的力學(xué)性能接近于基體大。說明材料抵抗機(jī)械壓力能力提高，這也是易于理ABS.當(dāng)纖維長(zhǎng)度大于臨界長(zhǎng)度時(shí)，纖維可很好地傳遞解的應(yīng)力，增強(qiáng)效果顯著。而彎曲模量變化不大是因?yàn)閺椥阅Ａ渴怯晌⑿⌒巫円鸬模?dāng)纖維能很好傳遞應(yīng)力后，與玻纖長(zhǎng)度關(guān)系不大。另外，玻纖長(zhǎng)度的增加提高了其與基體樹脂間的摩擦力，也使復(fù)合材料的性能得以提高。
復(fù)合材料的性能還與玻纖直徑有密切的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明玻纖直徑變小，材料性能提高。玻纖直徑的減小有利于減小材料表里的差別，減少材料出現(xiàn)缺陷的幾率，從而提高材料的性能。
22基體樹脂對(duì)復(fù)合材料性能的影響22.1ABS樹脂牌號(hào)對(duì)復(fù)合材料性能的影響表1列舉了玻纖增強(qiáng)不同種類ABS的性能。
表1各種玻璃纖維增強(qiáng)ABS樹脂性能比較測(cè)試項(xiàng)目蘭化沖擊強(qiáng)度/°m拉伸強(qiáng)度/MPa斷裂伸長(zhǎng)率彎曲強(qiáng)度/MPa彎曲彈性模量/kPa熱變形溫度/°c洛氏硬度（R）熔體流動(dòng)速黔g（0min）由表1中數(shù)據(jù)可看出由于ABS樹脂性能的不同，用玻纖增強(qiáng)后所得到的復(fù)合材料的性能也有很大差異。吉化公司生產(chǎn)的ABS（9715A）樹脂用玻纖增強(qiáng)后，復(fù)合材料的綜合性能要明顯好于其他牌號(hào)的樹脂，適合作為玻纖增強(qiáng)材料，而ABS樹脂的中間體接枝粉料和SAN樹脂直接用作增強(qiáng)材料的基體復(fù)合材料的性能更優(yōu)。這主要因?yàn)橛葾BS接枝粉料和SAN樹脂制得的復(fù)合材料比用成品ABS樹脂制備復(fù)合材料少經(jīng)歷一次熱歷史過程，材料降解較輕，基體樹脂的性能較好，因此復(fù)合材料的性能也較好。
2ABS樹脂中接枝粉料和SAN的含量對(duì)復(fù)合材料性能的影響ABS樹脂生產(chǎn)工藝中一般是先將丙烯腈和苯乙烯接枝到聚丁二烯分子鏈上制成接枝粉料，用丙烯腈和苯乙烯制備SAN樹脂，然后兩者按不同比例摻混得到ABS樹脂。通過調(diào)節(jié)接枝粉料和SAN樹脂的相對(duì)含量，可得到更適于玻纖增強(qiáng)的基體樹脂。
表明隨ABS樹脂中SAN含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲模量顯著增加。這主要是因?yàn)殡S材料中鍵合丙烯腈含量的增加，復(fù)合材料中一CN基團(tuán)與偶聯(lián)劑分子中極性間作錮顯'增強(qiáng)合榻此g分子鏈間纏杵作用以及分子鏈和玻纖間的作用力會(huì)大于SAN-A，宏觀上材料的力學(xué)性能較高。
X―拉伸強(qiáng)度D一彎曲模量SAN相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)拉伸強(qiáng)度和彎曲模量的影響X―沖擊強(qiáng)度D-熔體流動(dòng)速率SAN相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)沖擊強(qiáng)度和熔體流動(dòng)速率的影響表明隨SAN-B含量的增加，材料沖擊強(qiáng)度增加，熔體流動(dòng)速率下降。說明大分子賦予材料更好的力學(xué)性能，同時(shí)由于大分子鏈運(yùn)動(dòng)比較困難，材料流動(dòng)性下降。
?。?）短玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的性能與采用的玻璃纖維的指標(biāo)密切相關(guān)。隨玻纖含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，彎曲模量和熱變形溫度增加，沖擊強(qiáng)度下降；較長(zhǎng)的纖維和小的直徑有利于材料性能的提高。
?。?）對(duì)基體樹脂而言，用ABS中間體接枝粉料和SAN樹脂直接用做復(fù)合材料的基體，其性能更佳。
SAN組分含量的增加會(huì)提高材料的拉伸強(qiáng)度，彎曲模量及熔體流動(dòng)速率，但沖擊強(qiáng)度下降。較高相對(duì)分子質(zhì)量的SAN能賦予材料更好的性能。
中國(guó)塑料bookmark0短玻璃纖維增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的性能研究陳桂蘭羅偉東2，陳勇1，劉波劉光燁1（1.青島化工學(xué)院，山東青島2660422.吉林石化公司合成樹脂廠，吉林吉林132021）表明，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲模量隨玻纖含量的增加而增大。拉伸強(qiáng)度沒有像理論上描述的呈很好的線性關(guān)系。這是由于纖維增強(qiáng)塑料的原因是依靠其復(fù)合作用，利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力。
2玻纖長(zhǎng)度和直徑對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響玻纖長(zhǎng)度對(duì)短纖維增強(qiáng)塑料的增強(qiáng)效果影響很大。要使纖維充分發(fā)揮增強(qiáng)作用，必須使基體樹脂與纖維界面的剪切應(yīng)力大于或等于纖維本身的拉伸屈服應(yīng)力。為滿足這一條件，纖維長(zhǎng)度必須大于一臨界值。：X―熱變形溫度D-沖擊強(qiáng)度玻纖含量對(duì)熱變形溫度和沖擊強(qiáng)度的影響程度的交疊，對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度提高較小。但纖維含量達(dá)到20%~30%時(shí)，復(fù)合材料的實(shí)際強(qiáng)度與理論強(qiáng)度發(fā)生偏差，主要是因?yàn)殡S玻纖含量的增加，成型加工對(duì)纖維損傷較大，纖維長(zhǎng)度變短，強(qiáng)度降低。而彎曲模量是由微小形變引起的，與纖維長(zhǎng)度關(guān)系不大，實(shí)際值與理論值接近。
表明隨玻纖含量增加，材料的熱變形溫度明顯增加，而沖擊強(qiáng)度下降。玻纖的加入使纖維與基體樹脂間的界面層中聚合物大分子鏈段運(yùn)動(dòng)受到的阻礙作用增加，材料的玻璃化溫度提高，宏觀上表現(xiàn)為熱變形溫度的提高。但玻纖的加入也使材料的均一性下降，增加了材料中產(chǎn)生應(yīng)力集中的可能性，脆性增加。
此外，由于ABS樹脂較高的沖擊強(qiáng)度主要由聚丁二烯強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度增大，彎曲模量先增大后趨平緩，斷裂組分提供，隨玻纖含量增加，基體樹脂所占比例相對(duì)減伸長(zhǎng)率逐漸減小。本試驗(yàn)中所用玻纖的理論臨界長(zhǎng)度少，聚丁二烯含量相應(yīng)降低，材料沖擊強(qiáng)度下降。為0.915mm，當(dāng)材料中纖維長(zhǎng)度低于臨界長(zhǎng)度時(shí)，短另外，實(shí)驗(yàn)還表明，隨玻纖含量的增加，復(fù)合材料玻纖近乎以填料的形式分散在基體樹脂中，纖維幾乎的熔體流動(dòng)速率和斷裂伸長(zhǎng)率下降，而密度和硬度加沒有起到增強(qiáng)作用。復(fù)合材料的力學(xué)性能接近于基體大。說明材料抵抗機(jī)械壓力能力提高，這也是易于理ABS.當(dāng)纖維長(zhǎng)度大于臨界長(zhǎng)度時(shí)，纖維可很好地傳遞解的應(yīng)力，增強(qiáng)效果顯著。而彎曲模量變化不大是因?yàn)閺椥阅Ａ渴怯晌⑿⌒巫円鸬模?dāng)纖維能很好傳遞應(yīng)力后，與玻纖長(zhǎng)度關(guān)系不大。另外，玻纖長(zhǎng)度的增加提高了其與基體樹脂間的摩擦力，也使復(fù)合材料的性能得以提高。
復(fù)合材料的性能還與玻纖直徑有密切的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明玻纖直徑變小，材料性能提高。玻纖直徑的減小有利于減小材料表里的差別，減少材料出現(xiàn)缺陷的幾率，從而提高材料的性能。
22基體樹脂對(duì)復(fù)合材料性能的影響22.1ABS樹脂牌號(hào)對(duì)復(fù)合材料性能的影響表1列舉了玻纖增強(qiáng)不同種類ABS的性能。
表1各種玻璃纖維增強(qiáng)ABS樹脂性能比較測(cè)試項(xiàng)目蘭化沖擊強(qiáng)度/°m拉伸強(qiáng)度/MPa斷裂伸長(zhǎng)率彎曲強(qiáng)度/MPa彎曲彈性模量/kPa熱變形溫度/°c洛氏硬度（R）熔體流動(dòng)速黔g（0min）由表1中數(shù)據(jù)可看出由于ABS樹脂性能的不同，用玻纖增強(qiáng)后所得到的復(fù)合材料的性能也有很大差異。吉化公司生產(chǎn)的ABS（9715A）樹脂用玻纖增強(qiáng)后，復(fù)合材料的綜合性能要明顯好于其他牌號(hào)的樹脂，適合作為玻纖增強(qiáng)材料，而ABS樹脂的中間體接枝粉料和SAN樹脂直接用作增強(qiáng)材料的基體復(fù)合材料的性能更優(yōu)。這主要因?yàn)橛葾BS接枝粉料和SAN樹脂制得的復(fù)合材料比用成品ABS樹脂制備復(fù)合材料少經(jīng)歷一次熱歷史過程，材料降解較輕，基體樹脂的性能較好，因此復(fù)合材料的性能也較好。
2ABS樹脂中接枝粉料和SAN的含量對(duì)復(fù)合材料性能的影響ABS樹脂生產(chǎn)工藝中一般是先將丙烯腈和苯乙烯接枝到聚丁二烯分子鏈上制成接枝粉料，用丙烯腈和苯乙烯制備SAN樹脂，然后兩者按不同比例摻混得到ABS樹脂。通過調(diào)節(jié)接枝粉料和SAN樹脂的相對(duì)含量，可得到更適于玻纖增強(qiáng)的基體樹脂。
表明隨ABS樹脂中SAN含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲模量顯著增加。這主要是因?yàn)殡S材料中鍵合丙烯腈含量的增加，復(fù)合材料中一CN基團(tuán)與偶聯(lián)劑分子中極性間作錮顯'增強(qiáng)合榻此g分子鏈間纏杵作用以及分子鏈和玻纖間的作用力會(huì)大于SAN-A，宏觀上材料的力學(xué)性能較高。
X―拉伸強(qiáng)度D一彎曲模量SAN相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)拉伸強(qiáng)度和彎曲模量的影響X―沖擊強(qiáng)度D-熔體流動(dòng)速率SAN相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)沖擊強(qiáng)度和熔體流動(dòng)速率的影響表明隨SAN-B含量的增加，材料沖擊強(qiáng)度增加，熔體流動(dòng)速率下降。說明大分子賦予材料更好的力學(xué)性能，同時(shí)由于大分子鏈運(yùn)動(dòng)比較困難，材料流動(dòng)性下降。
?。?）短玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的性能與采用的玻璃纖維的指標(biāo)密切相關(guān)。隨玻纖含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，彎曲模量和熱變形溫度增加，沖擊強(qiáng)度下降；較長(zhǎng)的纖維和小的直徑有利于材料性能的提高。
?。?）對(duì)基體樹脂而言，用ABS中間體接枝粉料和SAN樹脂直接用做復(fù)合材料的基體，其性能更佳。
SAN組分含量的增加會(huì)提高材料的拉伸強(qiáng)度，彎曲模量及熔體流動(dòng)速率，但沖擊強(qiáng)度下降。較高相對(duì)分子質(zhì)量的SAN能賦予材料更好的性能。