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玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合片材(轉(zhuǎn)載)
新聞分類: 行業(yè)資訊 瀏覽:2365 日期:2011/09/07
1 前言
玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（Glass mat reinforced thermoplastics,GMT）是以熱塑性樹(shù)脂為基體，以玻璃纖維氈為增強(qiáng)骨架的板片結(jié)構(gòu)材料。具有韌性好，強(qiáng)度高，密度小（僅為金屬的1/5—1/7），優(yōu)良的耐腐蝕性和耐熱性，良好的成型性，廢料可再生利用并可長(zhǎng)期存放等優(yōu)點(diǎn)，是低能耗、無(wú)環(huán)境污染的綠色環(huán)保材料，是現(xiàn)今國(guó)際上極為活躍的復(fù)合材料開(kāi)發(fā)品種，有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域，銷售量逐年增長(zhǎng)。 采用不同的玻纖氈和不同的熱塑性樹(shù)脂可以得到不同性能和價(jià)格的GMT片材，本文是研究“熱熔法”工藝，以玻針氈為增強(qiáng)骨架，以價(jià)廉的聚丙烯為基體的復(fù)合材料。 2 玻璃纖維氈增強(qiáng)聚丙烯片材的研究 2.1 制備中的關(guān)鍵技術(shù) 樹(shù)脂基體與玻纖的界面結(jié)合技術(shù)和融熔浸漬工藝是制備的關(guān)鍵技術(shù)。良好的界面能充分發(fā)揮聚丙烯基體和玻纖氈兩種絕然不同材料的優(yōu)點(diǎn)，出現(xiàn)1＋1＞2的情況。聚丙烯等熱塑性樹(shù)脂，熔體粘度很大，對(duì)玻纖氈的浸漬十分困難，為實(shí)現(xiàn)很好的浸漬，除有良好的復(fù)合界面外，還要有相應(yīng)的匹配工藝，需優(yōu)化操作工藝參數(shù)，選擇合適的玻纖氈等。 2.2 聚丙烯基體的選擇與改性 聚丙烯是非極性高聚物，與玻纖毫無(wú)親和性，為使復(fù)合片材有優(yōu)良的拉伸、彎曲、沖擊和熱性能等綜合性能，必須對(duì)聚丙烯基材進(jìn)行選擇和改性。 2.2.1 聚丙烯基材的選擇 在選擇聚丙烯時(shí)，首先要考慮聚丙烯基體本身應(yīng)具有較高的力學(xué)等綜合性能，還要使其有良好的工藝性能。據(jù)熱熔法工藝特點(diǎn)，要求聚丙烯在熔融態(tài)時(shí)，有較低的熔融粘度，使其能比較容易地滲入玻纖氈和浸潤(rùn)玻纖，并在片材在進(jìn)行二次甚至多次的熱成型加工時(shí)有良好的工藝流動(dòng)性。熔融指數(shù)MI是表征熔融粘度的指標(biāo)，而聚丙烯的分子量與MI有如下關(guān)系：MI小，分子量大；反之，分子量小。MI小的聚丙烯，由于分子量大，力學(xué)性能較優(yōu)，但在熔融態(tài)下，粘度大，難于滲透與浸潤(rùn)玻纖氈，使基體與玻纖氈間結(jié)合力差，結(jié)果降低了復(fù)合片材的力學(xué)性能。MI大的聚丙烯，分子量小，本身力學(xué)性能較差，但在熔融態(tài)下，粘度較小，易于滲透與浸潤(rùn)玻纖氈，使基體與玻纖氈間有較好的結(jié)合力，其協(xié)同作用的結(jié)果，使產(chǎn)品有較好的力學(xué)性能。因此，要選擇適當(dāng)MI值的聚丙烯。 經(jīng)綜合試驗(yàn)，選擇了新研制的聚丙烯，它流動(dòng)性好，分子量分布狹窄，成型加工溫度較低，是節(jié)能型聚丙烯。 2.2.2 聚丙烯的改性 發(fā)展了多種改性技術(shù)：物理改性（引入成核劑，正、付抗氧劑，熱穩(wěn)定劑，紫外線吸收劑、抗靜電劑等多種助劑）；化學(xué)改性（通過(guò)化學(xué)反應(yīng)引入；與樹(shù)脂基體有良好相溶性；對(duì)玻纖中偶聯(lián)劑有結(jié)合力；能滲透的特種極性基團(tuán)，見(jiàn)圖1）。
改性后的聚丙烯增加了結(jié)晶度，流動(dòng)性和滲透性，不僅提高了基體材料自身的各種性能，更重要的是提高了對(duì)玻纖界面?zhèn)鬟f載荷的能力，使樹(shù)脂能有效地將應(yīng)力傳遞給模量和強(qiáng)度高得多的玻璃纖維，使樹(shù)脂對(duì)玻纖有良好滲透性和結(jié)合力。 2.3玻纖氈的選用及處理 國(guó)外GMT片材中的玻纖氈是玻纖公司專為熱塑性樹(shù)脂復(fù)合而開(kāi)發(fā)的特殊專用氈，它是由E玻璃纖維經(jīng)聚丙烯專用浸潤(rùn)劑、偶聯(lián)劑等處理并用針刺法制成的原絲氈，這種氈極其膨松，有良好的懸垂性，適合熔融狀態(tài)下聚丙烯樹(shù)脂的浸潤(rùn)。而國(guó)內(nèi)供應(yīng)熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)的針刺氈尚不成熟。我們將選用的國(guó)產(chǎn)玻纖氈，經(jīng)過(guò)燒融，偶聯(lián)等予處理。引進(jìn)的偶聯(lián)劑一端與樹(shù)脂基團(tuán)結(jié)合，另一端與玻纖結(jié)合，就象一個(gè)個(gè)錨或釘子把樹(shù)脂與玻纖牢固地結(jié)合，能較好地充分浸潤(rùn)。 2.4 GMT片材的制造工藝 GMT材料的制造工藝有粉末法、干法、濕法等。 濕法是以水為分散懸浮介質(zhì)，先將纖維、樹(shù)脂粉末、乳膠、絮凝劑混合成懸浮液，粉末和乳液凝結(jié)，在液壓成形屏篩上分離出來(lái)。形成的氈在高于聚丙烯熔融溫度下壓緊，成GMT卷材。 干法也稱熔融浸漬法，它是用熱塑性樹(shù)脂熱熔冷凝的性能，在熱融熔態(tài)時(shí)設(shè)法使高粘度樹(shù)脂用特殊工藝手段并通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)使其透過(guò)界面，充分滲誘到玻纖氈中，即將二層玻纖氈層合在三層樹(shù)脂中，冷即后即成GMT片材。 3 性能對(duì)比 3.1 GMT材料性能 玻纖氈增強(qiáng)聚丙烯片材性能比較見(jiàn)表1。 表1 不同含量玻纖氈增強(qiáng)聚丙烯片材的性能 30％玻針氈聚丙烯試樣，在150℃熱老化箱內(nèi)，老化224h，力學(xué)性能保留率在85％以上。 3.3 與發(fā)達(dá)國(guó)家相應(yīng)材料性能比較 本研究材料與發(fā)達(dá)國(guó)家相應(yīng)材料性能比較見(jiàn)表2。 表2 國(guó)內(nèi)外相應(yīng)的聚丙烯GMT材料性能比較 4 應(yīng)用前景 GMT材料是節(jié)油、節(jié)能，是綠色可回收材料，并可大大簡(jiǎn)化加工工序。例1，用GMT做汽車車門，自重可從26kg降到15kg，并可減少背部厚度，使車內(nèi)空間增大。例2，用GMT制作汽車前端，可將車頭燈風(fēng)機(jī)和散熱器座、發(fā)動(dòng)機(jī)罩搭扣及保險(xiǎn)杠固定點(diǎn)等集于一體，可取代多個(gè)金屬部件，與同等強(qiáng)度的鋼部件相比，重量可減輕20％，生產(chǎn)費(fèi)用下降 10％。 每輛汽車使用輕量化材料和可回收材料的量是衡量汽車技術(shù)水平的標(biāo)志之一，因此，GMT材料是汽車工業(yè)升級(jí)換代用材料。本研究的GMT材料已取代美進(jìn)口材料用于北京吉普車3人座席骨架和上海公交客車座椅骨架，投產(chǎn)3年內(nèi)新增產(chǎn)值920萬(wàn)，新增利稅112萬(wàn)，節(jié)約外匯50.6萬(wàn)美元。最近，又開(kāi)發(fā)了取代日本進(jìn)口樣品用于小松推土機(jī)剎車腳踏板等新產(chǎn)品。 |
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