聚烯烴熱熔膠在連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的應(yīng)用研究

孔 超，杜 壯，唐舫成，汪加勝

（廣州鹿山新材料股份有限公司，廣東 廣州 510530）

連續(xù)纖維是一類連續(xù)的高強(qiáng)度纖維，常用的是玻璃纖維、碳纖維、聚酰胺纖維和聚酯纖維等，具有強(qiáng)度較高、韌性較好以及絕緣耐熱等優(yōu)異性能，已用于航空航天、汽車、服裝和軍工等多個(gè)方面[1，2]。聚烯烴熱熔膠以熱塑性樹脂為基體，經(jīng)多組分復(fù)配而成，對(duì)各種材料包括一些非極性材料都有良好的濕潤(rùn)性和較高的粘接強(qiáng)度[3]；同時(shí)作為一種環(huán)保材料，又具有加工性能優(yōu)異、操作方便等特點(diǎn)，已廣泛用于復(fù)合建材、服裝、家電、紡織、汽車和軍工工業(yè)等領(lǐng)域，提高了高速連續(xù)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。聚烯烴熱熔膠復(fù)合連續(xù)纖維作為一種增強(qiáng)材料是當(dāng)前較熱門的研究領(lǐng)域，已在復(fù)合管材、復(fù)合片材等領(lǐng)域開始應(yīng)用[4]。鹿山?聚烯烴熱熔膠（EP230）采用熔融反應(yīng)擠出接枝技術(shù)，以PE、POE和EPR等聚烯烴樹脂為基體樹脂進(jìn)行反應(yīng)擠出，在反應(yīng)擠出過程中引入馬來酸酐、丙烯酸和馬來酸二乙酯等極性單體，增加了對(duì)連續(xù)纖維的粘接效果[5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

鹿山?聚烯烴熱熔膠（EP230），廣州鹿山新材料股份有限公司；連續(xù)玻璃纖維布，贛州廣建玻纖有限公司；連續(xù)聚酯纖維布，杭州帛燦紡織有限公司；連續(xù)聚酰胺纖維布，東莞市源昌盛紡織品有限公司；連續(xù)玻璃纖維繩，陜西華特玻纖材料集團(tuán)有限公司；連續(xù)聚酯纖維繩，東莞市深源線業(yè)有限公司；連續(xù)聚酰胺纖維繩，上海躍勇繩纜有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CMT4104型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司；XLB-25T型平板硫化機(jī)， 廣州飛力橡膠設(shè)備有限公司；Primotech MAT型正置式電子顯微鏡，卡爾蔡司股份有限公司；連續(xù)纖維繩掛膠機(jī)，四川金石東方新材料設(shè)備股份有限公司；

1.3 試驗(yàn)制備

1.3.1 EP230/連續(xù)纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備

（1）將連續(xù)玻璃纖維布、連續(xù)聚酯纖維布和連續(xù)聚酰胺纖維布裁剪成100 mm×30 mm（長(zhǎng)×寬）的樣條。

（2）用平板硫化機(jī)將EP230壓合成2 mm的厚板，同時(shí)把板材裁剪成和連續(xù)纖維同樣規(guī)格的樣條。

（3）在200℃平板硫化機(jī)上預(yù)熱EP230基材，基材熔融后貼到連續(xù)纖維布上，在200℃、0.5 MPa壓力下復(fù)合30 s，取下樣品冷卻至室溫。

（4）將復(fù)合好的樣品裁剪成25 mm寬的樣條。具體操作如圖1所示。

圖1 聚烯烴熱熔膠/連續(xù)纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備過程Fig.1 Preparation process of composite specimen of continuous fibers bonded with polyolefin hot melt adhesive

1.3.2 連續(xù)纖維浸漬繩的制備

將連續(xù)纖維繩掛膠機(jī)的工藝溫度設(shè)定為機(jī)身220℃、 模頭230℃和掛膠速度8 m/min，按此工藝條件分別制備出不同材料的連續(xù)纖維浸漬繩。

1.4 性能測(cè)試

（ 1）剝 離 強(qiáng) 度： 按 照GB/T 2790—1995《膠粘劑180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法撓性材料對(duì)剛性材料》標(biāo)準(zhǔn)，采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

（2）界面粘合效果：采用正置式電子顯微鏡進(jìn)行觀察（分別放大50倍，200倍）。

（3）拉伸強(qiáng)度：按照GB/T 7689.5—2013《增強(qiáng)材料機(jī)織物試驗(yàn)方法第5部分：玻璃纖維拉伸斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 剝離強(qiáng)度

EP230與玻璃纖維、聚酯纖維和聚酰胺纖維等材質(zhì)的剝離強(qiáng)度如表1所示。

表1 EP230/不同連續(xù)纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的剝離強(qiáng)度Tab.1 Peeling strength of EP230/different continuous fiber composite materials

由表1可知：EP230對(duì)不同連續(xù)纖維材料均能形成良好的粘接，應(yīng)用范圍較廣。85 ℃條件下測(cè)試高溫剝離也有較高剝離強(qiáng)度，說明該復(fù)合結(jié)構(gòu)能應(yīng)用于高溫環(huán)境。

不同復(fù)合結(jié)構(gòu)剝離強(qiáng)度存在差異主要有2方面的原因：①被粘材質(zhì)不同導(dǎo)致剝離強(qiáng)度的差異；②不同連續(xù)纖維基材的表面致密程度不同導(dǎo)致EP230的濕潤(rùn)程度不同。

2.2 界面黏合效果

EP230/不同連續(xù)纖維的界面黏合效果如圖2所示。由圖2可知：粘接界面呈現(xiàn)基材破壞和內(nèi)聚破壞2種黏合效果。EP230/連續(xù)玻璃纖維和EP230/連續(xù)聚酰胺纖維屬于基材破壞，EP230/連續(xù)聚酯纖維屬于內(nèi)聚破壞。

將EP230/連續(xù)玻璃纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)沿粘接面剖開，通過電子顯微鏡觀察界面黏合效果，如圖3所示。由圖3可以觀察到EP230已經(jīng)完全濕潤(rùn)到連續(xù)纖維中，并且有連續(xù)貫穿的特征，說明聚烯烴熱熔膠與連續(xù)纖維材料粘接界面效果較優(yōu)異。

圖2 EP230/不同連續(xù)纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的界面效果Fig.2 Interface effect of EP230/different continuous fiber composite materials

圖3 EP230/連續(xù)玻璃纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)界面的電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.3 Electron microscopy pictures of EP230/continuous glass fiber composite material interface

2.3 拉伸強(qiáng)度

通過測(cè)試連續(xù)纖維繩和浸漬EP230后連續(xù)纖維繩的拉伸強(qiáng)度，進(jìn)一步驗(yàn)證EP230對(duì)連續(xù)纖維材料的性能提高情況，結(jié)果如表2所示。由表2可知：EP230浸漬連續(xù)纖維材料后，拉伸強(qiáng)度提升了40%以上，說明EP230對(duì)連續(xù)纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能得到明顯改善。

表2 連續(xù)纖維浸漬繩和連續(xù)纖維繩拉伸強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果Tab.2 Tensile strength results of impregnated continuous fiber ropes and pure continuous fiber ropes

3 結(jié)論

（1）EP230與不同連續(xù)纖維材料復(fù)合后，剝離強(qiáng)度提高，粘接效果理想，說明EP230可用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的粘接。

（2）EP230浸漬連續(xù)纖維后，拉伸性能提高40%以上，有效改善了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。