玻璃纖維增強聚丙烯材料的性能研究

王幫進，陳金偉，吳喜元，陳 銳，楊家祥

(中鋼集團馬鞍山礦院新材料科技有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

聚丙烯是現在生活中最普通，也是最重要的通用性塑料之一。已廣泛的應用于生活的各個領域中。玻璃纖維是一種無機非金屬材料。玻璃纖維單絲的直徑在幾微米 ～ 二十幾個微米之間，抗腐蝕、耐熱、絕緣。玻纖增強的復合材料可使原有材料的韌性、剛性以及耐久性得到大幅度的提升[1-5]。由于玻璃纖維與聚丙烯極性相差較大，表面能高，兩者相容性很差，難以得到性能優異的材料。本實驗通過馬來酸酐接枝從而使玻璃纖維與聚丙烯很好的相容。

1 實驗部分

1.1 實驗原材料及實驗儀器

1.1.1 實驗原材料

PP：K8003，中韓(武漢)石油化有限公司；抗氧劑：168，巴斯夫股份公司；抗氧劑：1010，巴斯夫股份公司；EBS：星貝達(上海)化工材料有限公司；玻璃纖維：EDR14-2000-960，巨石集團有限公司；相容劑：CMG9801，佳易容相容劑江蘇有限公司。

1.1.2 實驗儀器

TSB-36型同向平行雙螺桿混煉擠出機，江蘇誠盟裝備股份有限公司；EM80-SVP/2注塑機，震德塑料機械有限公司；懸臂梁沖擊試驗機，上海衡翼精密儀器有限公司；ZMD-1電子密度儀，上海方瑞儀器有限公司；維卡軟化點溫度測定儀HDT/V-1104，承德市金建檢測食品有限公司；M221-C試驗機，上海衡翼精密儀器有限公司。

1.2 樣條制備

將干燥的 PP 樹脂、 增容劑、 抗氧劑混合物從加料口加入擠出機中，玻纖通過玻纖口加入。得到不同比例含量的玻璃纖維增強聚丙烯材料。混配料通過雙螺桿擠出機擠出，加熱工藝溫度180～220℃，擠出后用水冷卻，干燥，切粒機切粒。粒子用注塑機制作樣條，注塑溫度為190～210℃，注塑壓力80 MPa。

1.3 性能測試

拉伸性能按 ISO527 測試； 彎曲性能按 ISO178測試； 沖擊性能按 ISO180測試；維卡軟化溫度按ISO306測試。

2 結果與討論

2.1 拉伸強度和斷裂伸長率

圖1 拉伸強度與玻纖含量的關系

圖2 斷裂伸長率與玻纖含量的關系

由圖1可以看出，材料的拉伸強度隨著玻纖含量的增加而升高。玻纖與玻纖之間有很多交叉點，這種交叉結構構成復合材料的骨架。當外力作用復合材料時，這種骨架結構能有效傳遞應力，使較大的區域承受外力，提高復合材料的拉伸強度。

由圖2可以看出，材料的斷裂伸長率隨著玻纖含量的增加而呈現下降趨勢。材料的斷裂伸長率與基體本身材料有關，玻纖含量增加，基體間材料的間隙變大，從而使單位截面積上基體受力變小，所以在一定程度使復合材料的斷裂伸長率減小。

2.2 彎曲強度和彎曲模量

圖3 彎曲強度與玻纖含量的關系

圖4 彎曲模量與玻纖含量的關系

由圖3、4可以看出，當玻纖含量增加時，彎曲模量和彎曲強度都增大。當玻纖含量達20%時，彎曲模量相對于純樣己升高三倍多，達到2700 MPa。這是由于在復合材料的任一橫截面，都有更多的玻纖來承載負荷，這些玻纖從樹脂中抽出或者斷裂，均能吸收大量的能量，因而提高了復合材料的彎曲強度。同時，由于玻纖含量增加，玻纖之間的樹脂層變薄，作用在復合材料上的力很容易通過樹脂層在玻纖之前傳遞，樹脂的形變也受到玻纖的約束，因而復合材料的彎曲模量也隨之增大。

2.3 缺口沖擊強度

圖5 沖擊強度與玻纖含量的關系

隨著玻纖含量的增加，沖擊強度呈現上升趨勢。隨著玻纖含量的增多，材料的任意橫截面上的玻纖數量增多，當收到外力沖擊時，復合材料的應力得到分散，使得復合材料斷裂時能夠吸收更多的能量，使得沖擊強度隨著玻纖含量增多而增大。同時，隨著玻纖含量的增加，玻纖與玻纖間的樹脂變薄，材料所收到的應力更有利于向內部傳遞，使得玻纖受力更加均勻，因而復合材料的沖擊強度得到提高。

2.4 微卡軟化溫度

圖6 維卡軟化溫度與玻纖含量的關系

隨著玻纖含量的增加，維卡軟化溫度呈現上升趨勢。玻璃纖維加入后，與PP分子鏈范德華力大大增加，在基體中生成無數細小的纏結交聯點，形成交聯網狀結構，有效的阻礙了PP分子鏈的運動，使得分子鏈需要更多的能量來沖破這種阻礙。如果材料需要更多的變形量必須要更高的溫度才可以，所以維卡軟化溫度得到提高。

3 結論

(1) 復合材料的斷裂伸長率隨著玻纖含量的增加而減小，沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量隨著玻纖的含量增大而增大。

(2)作為填料，玻纖顯著能夠提高復合材料的維卡軟化溫度。因此玻纖增強聚丙烯在MPP電力管材料方面具有廣闊的應用前景。