改性塑料粒料的配制-纖維增強(qiáng)改性塑料復(fù)合材料

對(duì)于制造增強(qiáng)粒料有以下要求：①玻璃纖維能均勻地分散于樹(shù)脂之中；②玻璃纖維與樹(shù)脂應(yīng)盡可能包覆或粘結(jié)牢固、以避免包裝運(yùn)輸、烘料、成型過(guò)程中玻璃纖維飛揚(yáng)，影響環(huán)境及操作條件；③制造過(guò)程中應(yīng)盡可能減少對(duì)玻璃纖維的機(jī)械損傷，盡可能減少對(duì)樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量的降解。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備影響因素關(guān)系圖LFT存在2種類(lèi)型生產(chǎn)制備方法:LFT粒料制備和直接在線生產(chǎn)LFT制品；前者是先制成半成品粒料,再將粒料注射或模壓成型為制品;后者則是一步工藝法,即在生產(chǎn)線上配混玻璃纖維、塑料及添加劑后直接在線一步熱模壓或注射成型為所需制品,省去了制作粒料的中間環(huán)節(jié),減少了生產(chǎn)的工藝步驟,降低了能耗,節(jié)約了生產(chǎn)成本。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備

LFT復(fù)合材料制備：LFT粒料己有較長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的歷史,早期研究與開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)工藝技術(shù)包括電纜式包覆法、粉末浸漬法等多種工藝技術(shù)與制備方法；1、LFT造粒：

LFT造粒：近年來(lái)普遍地采用一種新型拉擠工藝成型生產(chǎn)技術(shù):使連續(xù)玻璃纖維無(wú)捻粗紗通過(guò)特殊模頭,同時(shí)向模頭供入熱塑性樹(shù)脂,在模頭中無(wú)捻粗紗被強(qiáng)制散開(kāi),受到熔融樹(shù)脂充分浸漬后,可使每根纖維都被樹(shù)脂包覆,經(jīng)冷卻后,再切成較長(zhǎng)的粒料(11~25mm)。LFT造粒：LFT造粒：項(xiàng)目PP/GFPP/GF/KH550PP/GF/PP-g-MAH拉伸強(qiáng)度/MPa394583彎曲強(qiáng)度/MPa4660114缺口沖擊強(qiáng)度/KJ·cm-23.04.89.6LFT造粒：在線配料和直接模壓成型;在線配料和直接注射成型;在線配料和直接擠出成型(制造型材或板材)2.直接在線生產(chǎn)LFT制品：1.增強(qiáng)改性的概念

增強(qiáng)改性是在聚合物基體中加入增強(qiáng)材料以改進(jìn)聚合物的性能，特別是力學(xué)性能的一種改性方法，改性結(jié)果得到復(fù)合材料。

增強(qiáng)材料通常是纖維類(lèi)材料及其制品，如玻璃纖維、玻璃布、玻璃氈、碳纖維、硼纖維、晶須、有機(jī)聚合物纖維及其織物。它們?cè)诰酆衔镏械淖饔妙?lèi)似于鋼筋在水泥建筑材料中的作用。其中，聚合物基體為連續(xù)相，纖維為分散相，兩相間“取長(zhǎng)補(bǔ)短”、“協(xié)同作用”，極大地彌補(bǔ)了單一材料的缺陷，賦予聚合物復(fù)合材料各種優(yōu)異的性能，大大拓展了聚合物材料的用途。

復(fù)合材料是材料家族中最年輕、最活躍的新成員。按GB3961術(shù)語(yǔ)，復(fù)合材料是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的物理相，包括粘接材料(基體)和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產(chǎn)物。在復(fù)合材料家族中，目前使用最廣、效果最好的是纖維增強(qiáng)材料。它以纖維增強(qiáng)塑料(樹(shù)脂基)和纖維增強(qiáng)彈性體(橡膠基)為代表，其特點(diǎn)是加工性能好、加工周期短、強(qiáng)度高、材料輕，抗疲勞性能、減振性能、高溫性能和耐腐蝕性能好。

2.增強(qiáng)改性的目的和意義目的：改進(jìn)聚合物性能，特別是力學(xué)性能。

意義：1.可以替代大量有色金屬，如銅、鋁合金、不銹鋼等，降低原料成本；2.與金屬零件相比，成型方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，適于批量生產(chǎn)；3.熱塑性基體，廢品可回收利用，提高材料利用率。3.纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的類(lèi)型復(fù)合材料包括三要素：基體材料、增強(qiáng)材料及復(fù)合方式。按此標(biāo)準(zhǔn)，纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料可劃分為多種類(lèi)別。①按基體材料劃分可分為纖維增強(qiáng)塑料(樹(shù)脂基)與纖維增強(qiáng)彈性體(橡膠基)。按基體聚合物的熱行為，又可有熱塑性與熱固性之分。熱固性增強(qiáng)塑料，簡(jiǎn)稱FRP。熱塑性增強(qiáng)塑料，簡(jiǎn)稱為FRTP。②按增強(qiáng)材料劃分按纖維的排列，可劃分為單向纖維、雙向纖維與三向纖維聚合物基復(fù)合材料；按纖維的形態(tài)，可劃分為連續(xù)(無(wú)限長(zhǎng))纖維、長(zhǎng)纖維、短纖維與磨碎纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料；按纖維的種類(lèi)，可劃分為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、硼纖維、金屬纖維等纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料。增強(qiáng)材料采用玻璃纖維及其制品時(shí)所得到的熱固性玻璃纖維增強(qiáng)塑料，即所謂的“玻璃鋼”，縮寫(xiě)為GFRP；熱塑性玻璃纖維增強(qiáng)塑料，縮寫(xiě)為GFRTP；采用碳纖維的熱固性增強(qiáng)塑料與熱塑性塑料的縮寫(xiě)分別為CFRP與CFRTP。③按復(fù)合方式劃分纖維與聚合物可采用多種復(fù)合方式，組成復(fù)合材料。如預(yù)混復(fù)合、浸漬復(fù)合、層疊復(fù)合、骨架復(fù)合等。4.纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的性能1.比強(qiáng)度高比剛度大可減輕自重，承受較多的載荷和改善抗震性能2.成型工藝性能好與金屬基復(fù)合材料相比較：沒(méi)有大量的切割，原材料消耗少，所用功率也不大，可制成形狀復(fù)雜的部件，尤其適宜于制作相當(dāng)大的整體結(jié)構(gòu)部件。3.材料性能可以設(shè)計(jì)復(fù)合材料和復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件(產(chǎn)品)都具有可設(shè)計(jì)性。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性，表現(xiàn)在選擇纖維的種類(lèi)、性能和體積分?jǐn)?shù)，安排鋪層的方向、層數(shù)和層次。根據(jù)載荷的種類(lèi)、大小、使用要求和工藝條件等，對(duì)結(jié)構(gòu)的形式、尺寸和厚度等進(jìn)行沒(méi)計(jì)，可使結(jié)構(gòu)的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等都做到合理和優(yōu)化。4.抗疲勞性能好疲勞破壞是材料在交變載荷作用下，由于裂紋的形成和擴(kuò)展而造成的低應(yīng)力破壞。纖維和基體間的界面能阻止裂紋的擴(kuò)展；疲勞破壞總是從纖維或基體的薄弱環(huán)節(jié)開(kāi)始，逐步擴(kuò)展到結(jié)合面上，損傷較多且尺寸較大。5.破損安全性能好6.減振性能好7.熱穩(wěn)定性好5.玻璃纖維的分類(lèi)和性能(1)按玻璃纖維的組成、特性與用途分類(lèi)(2)按玻璃纖維的直徑分類(lèi)初級(jí)玻璃纖維，單絲直徑>20μm；中級(jí),10~20μm；高級(jí)，3~9μm；超級(jí)，<3μm(3)按玻璃纖維的長(zhǎng)度：連續(xù)玻璃纖維、短切玻璃纖維以及磨碎纖維等6.原料的選擇及配方樹(shù)脂的選擇：兩個(gè)依據(jù)，一是根據(jù)增強(qiáng)和改性塑料產(chǎn)品性能對(duì)樹(shù)脂的性能要求，二是增強(qiáng)改性塑料粒料所加工的制品的幾何形狀和尺寸所要求的流動(dòng)性能。例如，制備玻纖增強(qiáng)聚丙烯粒料時(shí)，由制品性能要求確定選用的是均聚聚丙烯、共聚聚丙烯還是化學(xué)處理聚丙烯，用于低溫環(huán)境仍要求保持高強(qiáng)度和良好的沖擊性能，則采用乙烯丙烯共聚物，需要高流動(dòng)性加工則選用高熔體流動(dòng)速率聚丙烯。增強(qiáng)纖維

熱塑性樹(shù)脂的增強(qiáng)通常采用玻璃纖維，無(wú)堿玻璃纖維或中堿玻璃纖維；纖維直徑；合成樹(shù)脂是高分子有機(jī)物質(zhì)，玻璃纖維是無(wú)機(jī)物質(zhì)，二者性質(zhì)差別很大，復(fù)合在一起的強(qiáng)度取決于二者間界面的作用力。為了改善二者間的結(jié)合能力，必須要對(duì)二者的界面進(jìn)行處理。同時(shí)為使玻璃纖維在高溫剪切作用下不致過(guò)于斷碎而影響增強(qiáng)效果，以及確保玻璃纖維在樹(shù)脂熔融塑煉過(guò)程中有一定的流動(dòng)性和良好的分散性，對(duì)玻璃纖維表面必須加以處理。3.填充材料

降低產(chǎn)品的成本；調(diào)節(jié)加工流動(dòng)性；改進(jìn)物理機(jī)械性能；賦予材料新的性能等4.樹(shù)脂改性劑167.纖維表面處理的基本原則1.極性相近原則無(wú)機(jī)增強(qiáng)材料的表面與聚合物基體有較大的差別，基體不易浸潤(rùn)增強(qiáng)材料的表面，造成復(fù)合過(guò)程中基體材料難以完全排除增強(qiáng)劑表面已吸附的氣體，使復(fù)合材料孔隙率高、性能差。因此，對(duì)增強(qiáng)材料表面進(jìn)行改性，使兩者極性相近2.界面酸堿匹配原則接觸體系界面電子斥引作用相匹配，界面酸堿配位產(chǎn)生粘合力，提高復(fù)合材料界面的粘接強(qiáng)度。3.形成界面化學(xué)鍵原則為了使復(fù)合材料既有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，又具有抗腐蝕、耐濕熱老化性能，粘接的界面必須具備既有分子間作用力又有化學(xué)鍵力。處理增強(qiáng)材料表面時(shí)，同時(shí)必須考慮選用的表面處理劑是否具有能與增強(qiáng)材料表面及聚合物表面起化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)性基團(tuán)和反應(yīng)的可能性。17玻璃纖維的表面處理，就是在光潔的玻璃纖維表面涂上一層均勻的表面處理劑(或稱粘合劑、偶聯(lián)劑)。工程中常采用偶聯(lián)劑來(lái)對(duì)玻璃纖維進(jìn)行表面處理。處理方法分為前處理(將偶聯(lián)劑加入浸潤(rùn)劑中，或用偶聯(lián)劑直接代替石蠟乳劑，主要用于無(wú)捻粗紗及其紡織制品)、后處理(玻璃纖維經(jīng)熱處理后再用偶聯(lián)劑處理，主要用于有捻紡織制品)和遷移法(偶聯(lián)劑直接加入樹(shù)脂中，主要用于纏繞、模壓成型)等三種。8.玻璃纖維的表面處理一、纖維增強(qiáng)原理環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維板25%玻璃纖維+PA6風(fēng)力發(fā)電葉片LGF+PPBlendsSEMPP/GF纖維取向玻纖增強(qiáng)PP玻璃纖維、玻璃布、玻璃氈、碳纖維、硼纖維、晶須、有機(jī)聚合物纖維及其織物……1、玻璃纖維：二、增強(qiáng)纖維種類(lèi)介紹池窯拉絲法葉臘石等原料在窯爐中熔制成玻璃溶液，排除氣泡后經(jīng)通路運(yùn)送至多孔漏板，高速拉制成玻纖原絲。窯爐可以通過(guò)多條通路連接上百個(gè)漏板同時(shí)生產(chǎn)。工序簡(jiǎn)單、節(jié)能降耗、成型穩(wěn)定、高效高產(chǎn)，便于大規(guī)模全自動(dòng)化生產(chǎn)，成為國(guó)際主流生產(chǎn)工藝，用該工藝生產(chǎn)的玻璃纖維約占全球產(chǎn)量的90%以上。拉伸強(qiáng)度高斷裂伸長(zhǎng)小導(dǎo)熱性小、耐熱性高表面吸水透明比玻璃低脆性大，不耐磨價(jià)格低廉玻璃纖維：玻璃纖維：1959年，日本學(xué)者首先發(fā)明了用聚丙烯腈（PAN）纖維制造碳纖維，如今碳纖維已發(fā)展成為獨(dú)立完整的新型工業(yè)體系。美國(guó)提出21世紀(jì)革命性的材料技術(shù)共有12項(xiàng)，其中“新一代碳纖維、納米碳管”位居第四。2、碳纖維：碳纖維：由有機(jī)纖維經(jīng)高溫固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成。制作碳纖維的有機(jī)纖維原材料有三種：人造絲(粘膠纖維)；聚丙烯腈(PAN)纖維；瀝青CF的性能：①?gòu)?qiáng)度高。其抗拉強(qiáng)度在3500MPa以上；②模量高。其彈性模量在230GPa以上；③密度小，比強(qiáng)度高。碳纖維的密度是鋼的1/4，是鋁合金的1/2