長玻纖改性熱塑性復(fù)合材料研究進(jìn)展

摘 要： 綜述了近年來長玻璃纖維（LGF）改性熱塑性復(fù)合材料的研究進(jìn)展，主要以聚丙烯為例，介紹了纖維相對含量、分布均勻性及纖維與基體界面結(jié)合強(qiáng)度對LGF改性熱塑性復(fù)合材料力學(xué)性能的影響以及LGF改性熱塑性復(fù)合材料阻燃機(jī)理的改性研究。

關(guān)鍵詞： 長玻璃纖維（LGF）;聚丙烯;阻燃性能;力學(xué)性能

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熱塑性材料由于其高比強(qiáng)度、優(yōu)異的加工性能和穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在飛行器、車輛交通、民用建筑等領(lǐng)域。然而，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，對熱塑性材料強(qiáng)度和硬度提出了更高的要求，制約了其在進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。為了增強(qiáng)熱塑性材料的綜合性能，一些研究者將增強(qiáng)劑添加到熱塑性基底材料中，使材料的力學(xué)性能得到顯著提升。LGF由于易獲取、縱橫比高、比強(qiáng)度大、熱穩(wěn)定性好和相容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在提升熱塑性材料的強(qiáng)度、硬度以及熱穩(wěn)定性等方面廣泛應(yīng)用[1]。然而，當(dāng)LGF作為增強(qiáng)劑添加到熱塑性材料中時，由于熱塑性材料的分子量較高，不易與長玻璃纖維相容，需要特殊的方法處理纖維與基體使其聚合，增加了加工成本和加工時間[2]。本文主要以兩種廣泛使用的熱塑性樹脂基底聚丙烯（PP）和聚酰胺（PA6）為對象，簡要敘述了國內(nèi)外關(guān)于長玻璃纖維改性熱塑性復(fù)合材料的研究進(jìn)展及阻燃性能增強(qiáng)機(jī)理。

1.LGF改性熱塑性復(fù)合材料力學(xué)性能研究進(jìn)展

LGF改性熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)性能取決于纖維在基底材料中的平均長度、分布均勻性、LGF質(zhì)量分?jǐn)?shù)和LGF與基底材料之間的界面結(jié)合強(qiáng)度四大因素。目前制備LGF改性熱塑性復(fù)合材料的主要方法是注塑成型，但是螺桿在注塑成型過程中的剪切作用會導(dǎo)致LGF在基底材料中不均勻分布、平均長度不統(tǒng)一，導(dǎo)致LGF改性熱塑性復(fù)合材料的性能存在差異。

J.L.Thomason[3]研究了PP/LGF復(fù)合材料中LGF含量對性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)PP/LGF中長玻璃纖維含量高于70%時，PP/LGF材料與未加入纖維的基底材料力學(xué)性能相當(dāng)，兩者都接近30MPa。當(dāng)LGF含量為40%時，PP/LGF材料的拉伸強(qiáng)度可高達(dá)120MPa，是未添加長玻璃纖維時的四倍，材料力學(xué)性能得到明顯地提升。

Fu[5]等人研究了三種不同類型增容劑對于熱塑性材料基底中纖維長度以及長玻璃纖維與聚丙烯接觸界面結(jié)合強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增溶劑的存在促使復(fù)合材料中纖維的長度有所增長。增溶劑對LGF與PP界面結(jié)合強(qiáng)度增強(qiáng)能力的大小為：PP-g-MAH>MAH接枝辛烷-乙烯共聚物（POE-g-MAH）>辛烷-乙烯共聚物（POE）。

2.阻燃改性的研究進(jìn)展

由于長玻璃纖維的加入，PP/LGF復(fù)合材料擁有了矚目的抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，但與其他聚合物一樣阻燃能力很差，加入LGF后更容易燃燒，因?yàn)殡S著LGF的加入還會帶來燭芯效應(yīng)。

為了提高LGF改性熱塑性復(fù)合材料的阻燃性能，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，越來越多的研究者對LGF改性熱塑性材料的阻燃改性進(jìn)行研究。Tian[6]等人將二異丁基次膦酸鋁（APBu）作為阻燃劑加入到PA6/LGF基底中，極限氧指數(shù)（LOI）實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)APBu所占質(zhì)量為25%時，測得LOI為41%，未添加APBu的樣品LOI僅為22.2%，阻燃性能得到明顯的提升。但力學(xué)性能卻由于APBu在基體材料內(nèi)部產(chǎn)生團(tuán)聚而有所下降。當(dāng)添加25%的APBu時，PA6/LGF/APBu的拉伸和彎曲強(qiáng)度相比起未添加阻燃劑的PA6/LGF材料分別下降47%和42%。

Liu[7]等人為了提升在PP/LGF材料的阻燃性能，通過向PP/LGF中添加有機(jī)改性蒙脫土制備了一種膨脹阻燃復(fù)合材料。力學(xué)測試結(jié)果表明，添加阻燃劑之后，材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度并沒有下降。極限氧指數(shù)測試中，當(dāng)阻燃劑添加量為20%時，LOI為31.3%，垂直燃燒實(shí)驗(yàn)可達(dá)到V-0級，阻燃性能在不犧牲力學(xué)性能的前提下得到明顯提升。羅興[8]等人分別將膨脹型阻燃劑（IFR）和OMMT加入到LGF增強(qiáng)PP復(fù)合材料中，并探究了兩種阻燃劑的阻燃機(jī)理。OMMT添加量為2%時，LGF增強(qiáng)PP/IFR復(fù)合材料的LOI為24.2%，經(jīng)過燃燒后在材料表面還會形成一層致密的硅酸鹽保護(hù)膜。

結(jié)語

LGF改性熱塑性復(fù)合材料與鋼鐵材料相比，具有加工難度低，耗費(fèi)少、可以重復(fù)回收，可以替代鋼材應(yīng)用于汽車、建筑和航空空航天等結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。但其仍面臨著加工工藝復(fù)雜，阻燃性能差等缺點(diǎn)，因此開發(fā)力學(xué)性能高、阻燃性能好的LGF改性熱塑性復(fù)合材料時將來復(fù)合材料研究的重點(diǎn)。

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[7]羅興， 何敏， 郭建兵，等. IFR/OMMT協(xié)同阻燃長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的阻燃性能和熱穩(wěn)定性能研究[J]. 塑料工業(yè)， 2013， 41（8）：31-34.

作者簡介：羅靜，男，漢族，1982.4，湖北宜昌，在讀博士研究生，西南林業(yè)大學(xué)消防學(xué)院工作，講師，主要研究材料燃燒行為與消防工程。