短玻璃纤维增强ABS复合材料的性能的研究.pdfVIP

短玻璃纤维增强A85复合材料的性能研究 陈桂兰1，罗伟东2，陈勇，刘波1，刘光烨1 2．吉林石化公司合成树脂厂，132021) (1．青岛科技大学高分子学院，青岛，266042； ABS是综合性能较好的热塑性塑料，但ABS的强度、硬度、尺寸稳定性及热变形温度 等性能尚不能满足工程件的要求。玻璃纤维增强ABS不仅保持了ABS原有的优异性能，而 且能有效提高其拉伸强度、弹性模量、热变形温度及尺寸稳定性，扩大了ABS的应用领域Ilo】。 对不同的增强体系，玻璃纤维都有一最佳含量。实验中玻纤含量通过控制侧向加料和主 加料器的比例来实现。结果表明，复合材料的拉伸强度和弯曲模量随玻纤含量的增加而增大． 其中拉伸强度没有像理论上p1描述的呈很好的线性关系。这是由于纤维增强塑料的原因是依 靠其复合作用，利用纤维的高强度以承受应力，当纤维含量较少时，纤维周围的区域中没有 达到一定程度的交迭，对复合材料的强度提高较小。但纤维含量达到20．30Wt％时，复合材 料的实际强度与理论强度发生偏差，主要是因为随玻纤含量的增加，成型加工对纤维损伤较 大，纤维长度变短，强度降低。而弯曲模量是由微小形变引起的，与纤维长度关系不大，实 际值与理论值接近。此外，玻纤的加入使纤维与基体树脂间的界面层中聚合物大分子链段运 动受到的阻碍作用增加，材料的玻璃化温度提高，宏观上表现为热变形温度的提高。但玻纤 的加入也使材料的均一性下降，增加了材料中产生应力集中的可能性，脆性增加。由于ABS 树脂较高的冲击强度主要由聚丁二烯组分提供，随玻纤含量增加，基体树脂所占比例相对减 少，聚丁二烯含量相应降低，材料冲击强度下降。 玻纤长度对短纤维增强塑料的增强效果影响很大。要使纤维充分发挥增强作用，必须使 基体树脂与纤维界面的剪切应力大予或等于纤维本身的拉伸屈服应力p1。为满足这一条件， 纤维长度必须大于一I艋界值。实验中通过改变挤出机的螺杆组合得到了含不同长度玻纤的复 合材料，对比了相同纤维宜径下，纤维长度对复合材料性能的影响。结果显示随纤维长度的 增加，材料的拉伸强度和冲击强度增大，弯曲模量先增大后趋平缓，断裂伸长率逐渐减小。 本试验中所用玻纤的理论临界长度为0．915mm，当材料中纤维长度低于lI每界长度时，短玻纤 近乎以填料的形式分散在基体树脂中，纤维几乎没有起到增强作用。复合材料的力学性能接 近于基体ABS。当纤维长度大于临界长度时，纤维可很好地传递应力，增强效果显著。而弯 曲模量变化不大是因为弹性模量是由微小形变引起的，当纤维能很好传递应力后，与玻纤长 度关系不大。玻纤长度的增加提高了其与基体树脂间的摩擦力，也使复合材料的性能得以提 高。另外，复合材料的性能还与玻纤直径有密切的关系。玻纤直径的减小有利于减小材料表 里的差别，减少材料出现缺陷的几率，从而提高材料的性能。 由于ABS基体树脂性能的不同，用玻纤增强后所得到的复合材料的性能也有很大差异。 实验表明，用ABS树脂的中间体接枝粉料和SAN树脂宜接用作增强材料的基体，复合材料 的性能更优。这主要因为由ABS接枝粉料和SAN树脂制得的复合材料比用成品ABS树脂制 备复合材料少经历一次热历史过程，材料降解较轻，基体树脂的性能较好，因此复合材料的 性能也较好。 ABS{对脂生产f‘艺中一般是先将丙烯腈和苯乙烯接枝到聚丁二烯分子链上制成接枝粉 }：j，H{丙烯鞲和笨乙烯制备SAN树腊，然后两者按不同比例掺混得到ABS树脂。通过调节 接枝粉料和SAN树脂的相对含量，可得到更适于玻纤增强的基体树脂。实验表明随，^Bs树 脂中SAN含鲑的增加，材料中键台丙烯腈的含量相应增加，复合材料中一CN基团与偶联剂 分子中极性基团间作用明显增强，复合材料的拉伸强度和弯曲模量显著增加。但尽管SAN 含量的增加提供了更多的一CN，增强了基体树脂与玻璃纤维问的相互作用，同时却使聚丁二： 烯含量相对减少。复合材料的冲击强度下降而流动性提高。 此外，改变掺混用的SAN树脂的分子量会对复合材料的性能产生较大影响。实验配方： 用偶联剂处理后由侧向加入。其中SAN-A的重均分子量为9．8万，SAN．B为14万。结果表 明随SAN中SAN．B组分含量的增加，复合材料的拉伸强度和弯曲模量增大。其主要原因是 SAN—B的分子量较大，平均分子链长度比SAN．A大．分子链间缠结作用以及分子链和玻纤 间的作用力会大于SAN．A，宏观上材料的力学性能较高。同时实验也表明虽然大分子赋予材 料