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连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备及其性能研究
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摘要:随着科学技术的不断发展,短纤维增强材料逐渐被性能更优的连续长纤维增强材料所取代,尤其是其中的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料具有非常优良的性能。本文对连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备进行了一定的论述,在此基础上,结合连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的特点,进一步对其性能进行了分析,有助于促进连续长玻纤增强聚丙烯复合材料在更大的范围内进行推广应用。
关键词:长玻纤;聚丙烯;制备
1前言
随着社会经济的不断发展,对于各种材料性能的要求越来越高,传统的单一材料已经无法满足某些特殊场合的工作需求,这就需要进一步提高材料性能,由两种或者两种以上材料构成的复合材料应运而生。为了尽可能减少对环境所造成的污染,这就对材料提出了可回收利用的要求,热塑性复合材料由此进入人们的视野。玻纤增强材料不仅具有较高的韧性,而且还能够进行回收重复利用,具有环境友好性,得到了人们的普遍关注。短玻纤增强材料的生产制备工艺简单,并且成本较低,能够为材料性能带来明显提升,获得了非常广泛的应用。但是随着人们对于材料性能要求的不断提高,短纤维增强复合材料已经无法满足某些特殊场合的需求,这就需要采用长纤维替换短纤维对复合材料进行增强。
2连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备
对于长纤维增强热塑性复合材料而言,其最为常用的制备方法就是熔融浸渍法。在其实际的制备过程中,通过挤出机将处于熔融状态的树脂基体挤进到腔体内,同时纤维束会随着基体一同运动,进而实现纤维束的有效浸渍。
2.1溶融浸渍法原理
根据浸渍程度的不同,可以将熔体浸渍纤维的整个过程划分为两个不同的阶段,即纤维束之间的浸渍和纤维束内部的浸渍,这两个不同的浸渍阶段之间存在较大的差异性,其主要表现在空间大小方面,纤维束之间的孔隙较大,而纤维束内单丝之间的孔隙较小。由于树脂熔体对于纤维束之间的渗透率较纤维束单丝之间的渗透率大,这就导致纤维束单丝的浸渍效果从一定程度上决定着树脂熔体对于纤维束整体的浸渍效果。因此,确保纤维束内部的完全浸渍才是制备复合材料以及产品质量控制的关键,在实际的工作过程中需要予以充分的重视。
由于纤维束之间的渗透率较大,树脂熔体极易对其进行浸渍,所需要的反应时间也较短,但是纤维束内部的孔隙直径仅有微米级,并且在浸渍过程中纤维束还会受到张力的作用而造成相应的集束行为,这就进一步阻碍了熔融基体在纤维束内部的流动,整个浸渍过程非常缓慢。
2.2连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备
不同于短纤维增强材料,在长纤维增强复合材料中,其纤维的排布方向与粒料的长度方向保持一致,并且纤维与粒料的长度相当,但是在短纤维增强材料中,其纤维的排列杂乱无章,并没有规律可循,并且纤维长度远小于粒料。通过注塑成型后的长纤维增强复合材料,其中的残余纤维长度较短纤维更长,并且长纤维还有利于形成一定的网络结构。
(1)原材料
熔融指数为60g/10min的聚丙烯;纤维直径为17μm的玻璃纤维,表面已经进行了硅烷型浸润剂的涂覆处理;熔融指数为120g/10min的聚丙烯接枝马来酸酐;抗氧剂。
(2)实验设备
单螺杆挤出机、浸渍机头、注射成型机、万能试验机、冲击强度测定仪、马弗炉、三维影像测量仪。
(4)制备
采用浸渍模具和一系列的配套设备,制备出生产所需要的预浸料,再对预浸料进行有效的热压成型,就能制得相应的复合材料单向板。其热压成型所采用的工艺为,将预浸料按照一定的排列顺序整齐铺满模具,并在一定的温度和压力条件下对所制得的复合材料片材进行一系列的测试。在进行制备的过程中,需要注重以下几项:
(1)模具处理,在进行热压成型操作之前,需要对模具的内表面进行彻底的打磨处理,去除表面上残存的树脂和污垢,确保其整洁光滑,进而为后续工作的顺利进行建立良好的基础。
(2)裁剪预浸料,严格按照模具的尺寸大小,对预浸料进行系统全面的裁剪处理,并将裁剪好的预浸料平铺于模具中。
(3)热压成型,首先,需要将平板硫化机的温度设定为200℃,同时将装有预浸料的模具放入其中,控制预热时间为5min,确保其能够得到充分的余热;其次,对平板硫化机进行加压处理,将其压力升高到20MPa,保持压力5min后,放入到千斤顶中进行保压冷却,就能得到相应的模压板。
3连续长玻纤增强聚丙烯复合材料性能分析
3.1残余玻纤长度
对所制得的长玻纤增强聚丙烯预浸料进行切割处理,分别切割成5mm、10mm以及15mm三种不同大小的规格,再按照表1中的设计进行实验,对注塑后的试样进行充分的煅烧处理。采用三维影像测量仪对残余玻纤长度进行有效的测量,所得到的结果如图1所示。
表1正交试验计划表
序号
颗粒长度/mm
机筒温度/℃
螺杆转速/rpm
注射压
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