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塑料的增韧、增强与增刚

塑料的增韧、增强与增刚
塑料的增韧、增强与增刚

塑料的增韧、增强与增刚

黄锐教授

(四川大学高分子科学与工程学院)

1.1概述

上世纪80年代以来,高分子材料的研究重点转向聚合物凝聚态物理、材料加工与高性能化、功能化等方面;或通过加工改变单一聚合物聚集态,或将不同聚合物共混使性能普通高分子材料变成可工程应用的高性能材料。

据统计,在改善和提高聚合物的性能中,主要包括冲击韧性、加工性能、拉伸强度、弹性模量、热变形稳定性、燃烧性能、热稳定性、尺寸稳定性等,获得高的冲击韧性、高的拉伸强度和良好的加工性能位居前三位,成为聚合物材料改性的主要目标。作为结构材料的高分子,强度和韧性是两项最重要的力学性能指标。以往的研究表明,橡胶能有效地增韧,但造成强度、刚度较大幅度下降;无机填料能有效地增强,但往往造成冲击韧性明显下降。因此,如何获得兼具高强高刚高韧综合性能优良的高分子材料,实现同时增韧增强与增刚改性一直是高分子材料科学研究中的一个重要课题和应用研究热点。

近年来,随着对弹性体增韧机理的更进一步认识,人们在提高弹性体的增韧效果和新型弹性体的研究与应用等方面都开展了研究。弹性体增韧体系的强韧性与弹性体的种类,分散相的结构、粒子大小及分布,界面粘结以及基体等因素有关。有人采用弹性模量比橡胶类聚合物高1-2个数量级的EV A作为PP的增韧改性剂,研究了原料配比、工艺条件和微观结构对体系性能的影响。研究表明,共混物的增韧机理主要是EV A分散相粒子的界面空洞化引起PP基体屈服。该共混物在冲击强度大幅度提高的同时,刚性相对下降很小,并且具有良好的加工性能,其综合性能优于PP/EPDM共混物。通过改善弹性体的粒径大小及其分布、粒子与基体的界面相互作用等来达到共混材料的强韧化,已有很多文献报道。有研究表明,质量比为80/20的动态硫化PP/EPDM和70/30非硫化型PP/EPDM的韧性几乎相同,可以用更少的弹性体用量而达到同样的增韧效果以保持PP的刚性和耐热性。

上述通过优化增韧体系的形态结构来提高聚合物的综合性能,其效果仍然有限。于是,人们逐渐把目光转向新型弹性体的开发与应用。如有人制备了一种马来酸酐官能化的、具有以半结晶性塑料为核、橡胶弹性体为壳结构的新型增韧剂,与传统的纯橡胶类增韧剂相比,不仅可以增韧尼龙和热塑性非晶共聚酯,而且减少了共混物强度和模量的降低。也有用新型茂金属聚苯乙烯弹性体(PSE)增韧改性聚苯乙烯的力学性能和形态,与传统用SBS增韧PS相比,可以获得强度和韧性更好的材料。还有用乳液接枝聚合制备了丁苯橡胶(SBR)接枝丙烯酸(AA)胶乳,发现加入质量分数为5%的SBR-g-AA粉末橡胶,PA6的拉伸强度和冲击强度分别由纯PA6的60.9Mpa和5.4KJ/m2提高到70.9Mpa和7.0KJ/m2。采用原位核-壳乳液聚合制备的有机高分子-无机纳米复合增韧改性剂(纳米CaCO3原位复合ACR)增韧增强PVC,也取得了良好效果。另外,通过乳液插层法制备NBR/有机改性膨润土对PVC增韧;茂金属聚烯烃弹性体(POE)/聚丙烯(PP)的共混物接枝马来酸酐(POE/PP)-g-MAH对PC增韧等,所得改性材料都具有高韧性和高强度等的优良综合性能。

1.2 弹性体与刚性粒子并用增韧

刚性有机粒子增韧聚合物二元合金体系在韧性提高的同时,不降低材料的强度和刚性;对于刚性无机粒子增韧聚合物二元复合体系,在一定条件下表现出同时增韧增强,但韧性的提高幅度有限。相比之下,无机纳米粒子常常可以较大幅度地增韧增强聚合物;纤维增强聚合物复合材料的拉伸强度、弯曲强度等一般都大大提高,但体系的韧性提高很小,往往呈下降的趋势。因此,近年来采用弹性体与刚性粒子或纤维并用增韧增强聚合物体系的研究越来越多,以期获得刚性、强度和韧性达到最佳平衡的、综合性能优良的高分子材料。采用弹性体与一些刚性粒子并用达到增韧增强改性聚合物的三元共混复合体系有:PP/EPDM/HDPE、PP/EPDM/高岭土、PP/POE/硅灰石、PP/POE/GF、PP/EPDM/纳米SiO2;POM/TPU/GF[;PVC/CPE/CaCO3;PS/SBS/HDPE等。在这类增韧增强的三元组分体系中,材料的力学性能不仅取决于各组分的性能,而且与相形态密切相关,尤其两种改性剂(增韧剂、增强剂)在基体内形成的分散相的形状、结构、大小对材料的性能有决定性的影响。增韧剂和增强剂可以各自独立地以分散相存在,也可以形成以填料(刚性粒子或纤维)为核、弹性体为壳的核-壳结构分散相,在刚性粒子

或纤维和基体之间形成一个橡胶的界面层,或者形成独立分散与核-壳形态的混合结构。不同形态的形成主要受各组分的特性、相容性、加工条件、热力学和动力学因素的影响。

1.3刚性粒子增韧机理

刚性粒子增韧的理论是建立在橡胶增韧理论上的一个重要飞跃。弹性体增韧虽使材料的韧性大幅度提高,但同时使材料的强度、刚度、耐热性及加工性能大幅度下降。对此,近年来有人提出了用刚性粒子增韧聚合物的思想,希望在提高材料韧性的同时保持材料的强度,提高材料的刚性和耐热性。这为高分子材料的高性能化开辟了新的途径,具有重要理论意义和实际意义。

1984年,Kurauch和Ohta在研究PC/ABS和PC/AS共混物的力学性能时,首先提出了有机刚性粒子增韧聚合物的新概念。他们认为,在拉伸过程中,由于分散相粒子(E2、ν2)和基体(E1、ν1)的模量和泊松比之间的差别在分散相赤道上产生一种较高的静压强。当这种静压力大于刚性粒子塑性形变所需的临界静压力时,粒子发生塑性形变,其平均伸长率达100%以上。这种类似玻璃态聚合物的冷拉形变吸收大量的能量,从而使材料的韧性提高,这即所谓的冷拉机理。研究表明,PS、PMMA和SAN等刚性粒子对具有一定韧性的聚合物也有增韧增强的作用。

无机刚性粒子增韧聚合物的研究起步较晚,理论研究尚不成熟。我们等对微米级和纳米级无机刚性粒子填充LDPE、HDPE、PP、PS、PVC、PA、PBT、PU等进行的研究发现,纳米级SiC/Si3N4和CaCO3都有增强增韧聚合物的作用。李东明等指出无机刚性粒子加入聚合物使基体中的应力场和应力集中发生变化,在把无机粒子看作球状颗粒时,描述了形变初始阶段单个颗粒周围的应力集中情况,认为基体对颗粒的作用力在两极为拉应力,在赤道位置为压应力,如Figure 1所示。由于力的相互作用,颗粒赤道附近位置的聚合物基体会受到来自无机粒子的压应力作用,有利于屈服的发生。由于在两极是拉应力作用,当无机粒子与聚合物之间的界面粘结力较弱时,会在两极首先发生界面脱粘,使颗粒周围形成一个空穴。由单个空穴的应力分析可知,在空穴赤道面上的应力为本体应力的3倍。因此在本体应力尚未达到基体屈服应力时,局部已开始产生屈服,转变为韧性破坏而使材料韧性提高。

Figure1 Stress concentration around a single particle

σ = σ0 (1-2cosθ), θ = 90°, σ = 3σ0

到目前为止,增韧理论大多是建立在聚合物/弹性体、聚合物/无机刚性粒子二元体系基础之上的,正处于由定性研究向定量研究发展的逐步完善过程中,但仍未有一个普适的定论。对于弹性体及无机刚性粒子协同增韧聚合物三元体系的研究工作主要集中在组分的分散形态与复合材料的性能关系上,对其增韧机理的研究很少,仅有一些定性的解释,这是由于三元体系中影响材料韧性的因素太多的缘故。我们课题组通过实验验证和理论分析认为将逾渗理论用于聚合物/弹性体/无机刚性粒子复合材料的脆韧转变是可行的,并进行了定量化研究。

1.4 影响增韧的因素

聚合物的韧性表征材料在突然受到外加载荷时吸收、消耗能量的能力。影响聚合物共混物韧性的因素很多,主要分为以下两大类:

1.各组份的分子特征参数(分子量及其分布、结晶度和晶体尺寸等)

本征参数 2.分散相的含量及其在基体中的分散形态(形状、尺寸及尺寸分布等)

3.两相间的界面相互作用

1.加工条件

非本征参数 2.测试条件(测试温度、速度)

3.测试方法

4.试样的几何尺寸

以下针对几种聚合物/无机刚性粒子,聚合物/弹性体/无机刚性粒子体系的增韧、增刚及适当保持这类复合材料强度的研究,介绍一些我们的初步工作。

2.1 PP/Elast/CaCO3,PP/CaCO3体系

2.1.1 PP/Elast/CaCO3体系

在对PE/nano-SiC/Si3N和PE/nano-CaCO3等进行研究的基础上,初步证明这些无机粒子对聚合物具有一定的增韧、增强作用下,我们对PP/Elast/CaCO3,PP/CaCO3体系进行了一些探索。

将一系列不同比例的EPDM和活性CaCO3(平均粒径100nm)在双辊筒开炼机上于90~100℃下塑炼15--20min.,拉成3mm厚的胶片,停放12hr 以上,然后切成3mm×3mm×3mm左右的小粒,即制成CaCO3含量不同的M-EPDM/ CaCO3母粒,简称M-EPDM。表1为M-EPDM中EPDM与CaCO3的重量比以及相应胶号。

PP与M-EPDM按不同比例配料,加入适量稳定剂,混合均匀后在双螺杆挤出机上混炼造粒。挤出机机筒温度为150℃,160℃,180℃,190℃,200℃,口模温度为195℃,螺杆转速150rpm。

造好粒的共混料在注塑机上注射成供力学性能测试的样条,注射机机筒温度165℃,195℃,210℃,喷嘴温度205℃,注射速度为最大速度的12%,注射压力为最大压力的40%。整个注射周期为45秒。

冲击样条在靠近浇口端和远离浇口端分别取样,在缺口制样机上铣制缺口。

纯PP(T30S)的力学性能如表2所示。

表3和图2是T3OS与六种M-EPDM的共混物的常温冲击强度值。可以看出,随着M-EPDM重量分数的增加,各共混体系都出现了脆-韧转变。只是随着M-EPDM中CaCO3的增加,图中曲线顺次右移,脆-韧转变发生时所须的M-EPDM重量不断增加。T3OS/a#的脆-韧转变最早发生,对应的a#胶含量为10~20wt%,E、F两体系则最晚,脆-韧转变直到e#、f#胶含量达到40wt%以上才出现。发生脆-韧

转变后,各个体系的冲击强度都大幅上升,A体系最高到68.2kJ/m2,为T3OS的12.6倍,B、C、D、E体系最高值都超过A体系,C、D最大值为T3OS的14.4倍。F体系最大冲击强度仅为51.5kJ/m2,低于其他几种共混物,说明f#的增韧效果已十分有限。

图2 PP/M-EPDM常温冲击强度

图3中,随共混物中M-EPDM量的增加,A、B、C、D、E和F各体系的屈服强度都呈线性下降,其中T3OS/a#下降最快,a#纯EPDM重量分数为30wt%时,屈服强度损失了约50%。随着M-EPDM中CaCO3量的增加,下降的速度逐渐变缓,材料的屈服强度得到较好保持。以D体系为例,d#M-EPDM 添加量为50wt%,屈服强度仍保留了54.8%。在C体系中,c#含量为5wt%时的共混物屈服强度值相比

T30S还高出0.6Mpa。

图3 PP/M-EPDM拉伸屈服强度

图4 PP/M-EPDM弯曲模量

图4是共混体系的弯曲模量值,加入a#纯EPDM的共混材料,弯曲模量下降很快,a#达到25wt%时,弯曲模量只保持了纯T3OS的一半大小。B体系弯曲模量随b#重量分数变化的曲线类似于平抛物线,b#胶加入量在20wt%以内时模量下降很小,高于20wt%以后则快速下降,到40wt%时也只剩T3OS的一半值。随着M-EPDM中CaCO3的进一步增加,C、D、E和F的弯曲模量曲线都呈抛物线形状,且逐次升高,模量值有很大增加。其中D体系在d#胶加入量少于45wt%时都高于T3OS;而E、F在实验范围内都始终超过T3OS,材料获得了很好的刚性。

这些结果表明,PP(T30S)中加入EPDM后,冲击强度有大幅度上升,但拉伸强度、弯曲模量都快

速下降。在此体系中加入CaCO3以后,形成的PP/EPDM/CaCO3体系在相同加入量下,在一定范围内冲击强度的增加更多,拉伸强度的降低比较缓慢,而弯曲模量不但不像加入纯EPDM那样有所下降,有的还反而有所上升,即其综合性能上起到了增韧、增刚和较大幅度保持其伸伸强度的目的。同时材料成本也下降(nano-CaCO3目前售价约2000元/吨,远较PP为低),这对实际应用是极有利的。

2.1.2 PP/CaCO3体系

上面谈到的是PP中加入弹性体及CaCO3的三元体系。对于PP/CaCO3体系的性能变化,如图5,图6,图7,图8所示。随着体系中CaCO3含量增加,其拉伸强度有缓慢下降,拉伸模量有缓慢上升;弯曲强度上升较慢而弯曲模量上升则较快。冲击强度则随CaCO3品种不同,一种(CaCO31平均粒径1um)上升缓慢,另一种(CaCO32平均粒径50nm)则增加较快,最高可提高4倍多(如图7)。这也说明了加入适量CaCO3具有增韧、增刚及较好保持强度的特点。当然在这种二元体系中,适量加入弹性体,其冲击强度可有更大提高,达到70KJ/m2左右,提高约10倍,如图8。

Table 4表明,PP/EOC/CaCO3复合材料与PP纯树脂相比,冲击强度提高了950%,而且杨氏模量提高了7%;与相同体积比的PP/EOC共混物相比,冲击强度提高了15%,杨氏模量提高了112.7%,可见,CaCO31的加入不但使材料刚性、耐热性及尺寸稳定性均提高,而且其韧性提高幅度也大于加入相同体积分数的弹性体,这就大大降低了弹性体的用量,使成本降低,具有显著的经济效益和社会效益。

Figure5 Tensile and flexural properties of PP1/CaCO3 systems

as a function of CaCO3 content. ■□: PP1/CaCO31,●○: PP1/CaCO32

(CaCO31平均粒径1um,CaCO32平均粒径50nm)

Figure6 Comparison of theoretical prediction and experimental data of the tensile modulus of PP1/CaCO31 composites

Figure 7 Influence of CaCO3 content on notched Izod impact strength of PP1/CaCO3 systems

Figure 8 The dependence of notched Izod impact energy on the total volume fraction of elastomer and filler, comparing the binary systems with the ternary systems.

Table 4 Comparison of the properties of PP1/EOC3 blend with PP1/EOC3/CaCO31 composite

a: total volume fraction of EOC3 and CaCO31 equal to 25%

2.1.3 影响因素

当然,这些力学性能数据有不同的影响因素,例如:

a.不同的表面处理剂及用量如图9所示,表面处理剂品种和用量均对HDPE/nano-CaCO3体系的冲击强度有一定影响。

b.不同的混合分散方法如图10所示,超声波处理有良好的效果。

c.在此基础上,我们设计开发了一种超高速混合机,其效果更加显著,如图11及图12所示。对于PP/nano-CaCO3体系,几种混合方法中,超高速混合有明显的优势。随nano-CaCO3用量的增加,其拉

伸强度开始有少量上升,以后才缓慢下降。拉伸弹性模量上升也更多,特别是冲击强度较其它几种方法增加明显,可提高4倍以上。

d.不同的成型加工工艺,带来材料(试样)不同的微观形态结构,因而有不同的性能,如图13、图14。三种工艺,三种结果。第三种工艺是形成了弹性体包覆一些团聚的CaCO3粒子,形成了我们所谓的“沙袋结构”,在CaCO3含量达20 wt%时,缺口冲击强度仍可达60KJ/m2,是一种高性能低成本的材料。

e.微观形貌的影响如图15所示,其中(b)经过高速混合,分散好,性能也较(a)好。(多数是纳米原生粒子分散)

图9 偶联剂用量对HDPE/ nano-CaCO3体系冲击强度的影响

图10 表面处理方法对碳酸钙处理效果的影响(基体为HDPE,CaCO3为上海华明,纳米级)

2.2 其它聚合物/弹性体/CaCO3体系

2.2.1 PS/CaCO3、PS/SBS/CaCO3体系

a.PS/CaCO3体系

如图16所示,少量CaCO3对PS的冲击强度均有所提高,微米碳酸钙的冲击强度好于纳米碳酸钙,可能在于其粒径大于临界粒径,引发银纹的能力较强。

如图17所示,加入碳酸钙使体系的拉伸强度,断裂伸长率均有缓慢下降。原因在于:一方面,界面粘结较差,承受拉伸负荷的基体分数减小,导致拉伸强度和断裂伸长率的减小;另一方面,随碳酸钙含量增加(尤其是纳米碳酸钙),导致粒子团聚的几率增加。

b. PS/SBS/CaCO3体系

SBS与CaCO3(PD90)并用增韧PS时,SBS/PD90质量比固定(2:1),其结果如图18、图19所示。

从图18、图19可以看出,三元共混物中,随SBS及CaCO3含量的增加,其拉伸强度和断裂伸长率均下降,而冲击强度和拉伸模量上升。对于PS/SBS和PS/SBS/ CaCO3两类共混物的冲击强度还可从图20中表现出来。

如图20所示,对于PS/SBS二元共混物,随SBS含量的增加,悬臂梁缺口冲击强度大幅升高。SBS 含量低于40 phr时,体系冲击韧性近线性大幅增加;高于50 phr时,增幅减缓,在两者之间体系冲击强度出现转折,意味着可能发生了脆韧转变。

对于PS/SBS/CaCO3体系,弹性体SBS的增韧效果类似于二元体系。加入CaCO3不但没有损害共混物的冲击强度,反而有所提高,特别是在高CaCO3含量时,同样SBS含量下的三元体系和二元体系的冲击强度差别更大,即CaCO3的协同增韧效应更加突出。40 phr SBS含量下,加入20 phr CaCO3使三元共混物的缺口冲击强度高于二元共混物约53 %。不仅如此,加入CaCO3也使体系的冲击强度曲线,

在较二元体系更低的弹性体含量下,就出现了转折,即转折区间从二元体系的40-50phr降低到三元体系的30-40phr。

CaCO3粒子对三元体系增韧效应,可能是由于在成型过程中,CaCO3粒子进入了分散相弹性体的内部,从而增加了弹性体的有效增韧体积。不仅如此,包覆结构改善了冲击时橡胶的纤化,因此阻止分散相脱粘,允许在失效前产生更大的塑性变形。因此表现出更强的增韧效果,并使三元体系的脆韧转变提前。

2.2.2 PA6/Elast/CaCO3体系

图21 POE-g-MAH用量对PA6/CC1缺口冲击强度的影响

从图21可以看出,随CaCO3含量增加,体系冲击强度上升,脆韧转变点右移。微米CaCO3和POE-g-MAH 对PA6有协同增韧作用,这种协同作用在脆韧转变之后表现相当明显,且随CaCO3的量的增大而越显著。

从表5中可以看出,无论体积含量还是重量含量,填充CaCO3后的复合材料发生脆韧转变所需的POE-g-MAH都有所增加。也就是说,以PA6/CaCO3为基料用POE-g-MAH增韧,PA6/CaCO3/POE-g-MAH 产生脆韧转变所需的POE-g- MAH量比纯PA6多,且随碳酸钙的增加而增加。

同样的配方,复合物的拉伸强度有所下降,如图22所示。从图22中还可以看出,对于PA6/CaCO3二元体系(图中POE-g-MAH用量为0时),其拉伸强度均略高于纯PA6(此时CaCO3含量分别为1,5,10)。

2.2.3 PET/Elast/CaCO3体系

(a) (b)

(c)

图23 不同加工工艺对三元复合体系冲击强度的影响

图23为采用三种不同的加工工艺制备的PET/MPOE/nano-CaCO3三元复合体系的冲击强度。图a、b、c中从左到右分别为1,2,3三种工艺的试样。图a中的组成为PET/MPOE/nano-CaCO3=100/15/2,图b中为100/20/2,图c中为100/20/5。从图中可以看出几种组成,几种方法所得试样的冲击强度均较纯PET(约5.3KJ/m2)高,但提高的程度不相同,用工艺3,即形成POE对nano-CaCO3团聚体包覆的“沙袋结构”的复合物,有最高的冲击强度。

图24试样冲击断口的SEM照片

(PET/M-POE/纳米碳酸钙:100/20/5)

图24为工艺3所制备的复合材料的冲击断面的SEM照片。其中,工艺3制备的材料的冲击断面与工艺2不一样,其断面为粗糙的棱脊状,断面有大量比工艺2小且多的小孔穴,这种小孔穴是由于沙袋结构的破裂引起的,这种粗糙的断面和小孔穴能吸收大量的冲击能,有利于材料冲击强度的提高。

(a) (b)

(c)

图25不同加工工艺对三元复合体系拉伸强度的影响

图25为采用三种不同的加工工艺制得的三元复合体系拉伸强度的对比图,图中所代表的意义与由图24所介绍的相同。

由图25可知,三种加工工艺对三元复合体系拉伸强度的影响并不明显,差异在3Mpa以内,也就是说无论纳米CaCO3是分布于PET基体中还是分布于弹性体中都对体系的拉伸强度无太大的影响,这也与我们前面所讨论的结果一致。

2.2.4 PBT/E-MA-GMA/CaCO3,PBT/E-MA-GMA/PC体系

图26 PBT/E-MA-GMA/微米CaCO3复合材料的缺口冲击强度

E-MA-GMA含量:曲线1--10%,曲线2--15%,曲线3--20%

图27 PBT/E-MA-GMA/微米CaCO3复合材料的拉伸强度

E-MA-GMA含量:曲线1--10%,曲线2--15%,曲线3--20%

图26、图27为PBT/E-MA-GMA/CaCO3体系的冲击强度和拉伸强度关系曲线。可见复合物的冲击强度有一定提高,加入CaCO3与E-MA-GMA并用有一定的协同作用,而拉伸强度则缓慢下降。

图28 PC对PBT/E-MA-GMA共混物缺口冲击性能的影响

图29 PC对PBT/E-MA-GMA共混物拉伸强度的影响

图28、图29为PBT/E-MA-GMA/PC体系的冲击强度和拉伸强度关系曲线。可以看出,复合体系的冲击强度有大幅度提高,PC与E-MA-GMA有一定的协同作用,而复合物的拉伸强度则有缓慢下降。

2.2.5 PVC/CPE/nano-CaCO3体系

(a) 冲击强度(b)拉伸强度

图30 两种填充方法对复合材料力学性能的影响

图30所示PVC中CPE含量为8phr时,不同nano-CaCO3含量对材料冲击强度和拉伸强度的影响。可以看出,加入nano-CaCO3后对CPE的增韧有一定的协同作用。在CaCO3含量为10phr左右时,复合物的冲击强度较只用8phrCPE时,可提高40-50%,而其拉伸强度则只有轻微下降。

2.3 结语

1. 采用聚合物/弹性体/无机刚性粒子共混,可以在大幅度提高聚合物冲击强度的同时,提高其刚度,且使其拉伸强度降低不大,较聚合物/弹性体增韧体系有较多的优点。

2. 复合物的性能除与三种组分的配比有关外,还与无机粒子的状态(细度、粒径分布等),表面处理,混合分散方式,加工工艺等有关。

3. 聚合物/弹性体/无机刚性粒子共混体系的流变性能、加工性能一般均较聚合物/弹性体共混体系好,特别是使用纳米级无机粒子时,有待以后讨论。

玻璃纤维增强塑料成型工艺

玻璃纤维增强塑料成型工艺 ----------------------- 第一章绪论 FRP( Fiberglass Rei nforced Plastic S 或GRP( GlassRei nforced PlasticS 或GFRP (Glass fibre reinforced plastics 。玻璃钢是玻璃纤维增强塑料的习惯叫法,是一种新型工程材料。它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料,以合成树脂作基体材料,通过一定的成型工艺而制成的一种复合材料。三十年代在美国出现后,到二 次世界大战期间由于战争的需要才发展起来。战后逐渐转到了民用工业方面,并 获得了迅速发展。由于玻璃钢具有许多特殊优良的性能(如机械强度高、比重 小、耐化学腐蚀、绝缘性能好等等)。因此被普遍应用于火箭、导弹、航空、造船、汽车、化工、电器、铁路以及一般民用等工农业部门中。目前世界各国都非常重视研究和发展玻璃钢材料,迄今为止,人们不但研究试制成功各种各样有特殊性能的玻璃钢材料产品,而且研究成功各种各样的成型工艺。 第二章玻璃钢基础知识 1、玻璃钢的发展历史 1940年,美国一家实验室的技术人员不小心将加有催化剂的不饱和聚酯树脂倾倒在玻璃布上,第二天发现固化后的这种复合材料强度很高,玻璃钢遂应运 而生。1942年第一艘玻璃钢渔船问世;玻璃钢管试制成功并投入使用。二战其间,美国以手工接触成型与抽真空固化工艺,制造了收音机雷达罩与副油箱;利 用胶接技术制作了玻璃钢夹芯结构的收音机机翼。 1946年发明了以纤维缠绕法生产压力容器的方法。 1949年预混料DMC(BMC )模压玻璃钢面试。 1950年真空袋与压力袋成型工艺研究成功;手糊环氧玻璃钢直升收音机旋翼面市。 20世纪50年代末,前苏联成功将玻璃钢用于炮弹引信体等军品及化工器材的生产。 1961年德国率先开发片状模塑料(SMC )及其模压技术。 1963年玻璃钢波形瓦开始机械化生产,美、法、日先后有高生产率的边疆生产线投生。 1972年美国研究成功干法生产的热塑性片状模塑料。 20世纪80年代,开发了湿法生产的热塑性片大辩论模塑料。瑞士、奥地利离心法成型玻璃钢管得到发展;意大利工业化纤维缠绕玻璃钢管生产线技术成熟,产品大量使用于石化、轻工、轮船等领域。 1956年,时任重工业部副部长、后任建材工业部长的赖际发同志赴前苏联考察玻璃钢。俄文称玻璃钢为“玻璃塑料” (CTEKJIOIIJIACTHHK ),当时中文里没有相应的词。想到材料内有玻璃,强度又高,就叫“玻璃钢”。这就是“玻璃钢” 一词的由来。

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陶瓷韧化机理 陶瓷最致命缺点是脆性,低可靠性和低重复性,这些不足严重影响陶瓷材料的应用范围。只有改善陶瓷的断裂韧性,提高其可靠性和使用寿命,才能是陶瓷真正成为一种广泛应用的新型材料,因此陶瓷增韧技术一直是陶瓷研究的热点。 陶瓷的断裂主要是由于裂纹扩展导致的,阻止间断裂纹的扩展的方法有三种。其一为分散裂纹尖端应力;其二为消耗裂纹扩展的能量,增大裂纹扩展所需克服的能垒;最后问转换裂纹扩展的能量。 相变韧化 受相变诱发塑性钢,即TRIP (transformation induced plasticity)钢的启发,将ZrO 2 t →m 相变M s 点稳定到比室温稍低,而M d 点比室温高,使其在承载时由应力诱发产生t →m 相变,由于相变产生的体积膨胀效应和形状效应,而吸收大量的能量,从而表现出异常高的韧性。这就是相变韧化(transformation toughening )的概念。韧化机理分析: 1.相变韧化(?K ICT ) ; d i

陶瓷的强化与增韧

陶瓷材料的强化 影响陶瓷材料强度的因素是多方面的,材料强度的本质是内部质点(原子、离子、分子)间的结合力,为了使材料实际强度提高到理论强度的数值,长期以来进行了大量研究。从对材料的形变及断裂的分析可知,在晶体结构既定的情况下,控制强度的主要因素有三个,即弹性模量E,断裂功(断裂表面能)和裂纹尺寸。其中E是非结构敏感的,与微观结构有关,但对单相材料,微观结构对的影响不大,唯一可以控制的是材料中的微裂纹,可以把微裂纹理解为各种缺陷的总和。所以强化措施大多从消除缺陷和阻止其发展着手。值得提出的有下列几个方面。 (1)微晶, 高密度与高纯度为了消除缺陷,提高晶体的完整性,细、密、匀、纯是当前陶瓷发展的一个重要方面。近年来出现了许多微晶、高密度、高纯度陶瓷,例如用热压工艺制造的陶瓷密度接近理论值,几乎没有气孔,特别值得提出的是各种纤维材料及晶须。 (2)预加应力人为地预加应力,在材料表面造成一层压应力层,就可提高材料的抗张强度。脆性断裂通常是在张应力作用下,自表面开始,如果在表面造成一层残余压应力层,则在材料使用过程中表面受到拉伸破坏之前首先要克服表面上的残余压应力。 (3)化学强化如果要求表面残余压应力更高,则热韧化的办法就难以做到,此时就要采用化学强化(离子交换)的办法。这种技术是通过改变表面的化学组成,使表面的摩尔体积比内部的大。由于表面体积胀大受到内部材料的限制,就产生一种两向状态的压应力。 4)陶瓷材料的增韧 所谓增韧就是提高陶瓷材料强度及改善陶瓷的脆性,是陶瓷材料要解决的重要问题。与金属材料相比,陶瓷材料有极高的强度,其弹性模量比金属大很多。 韧化的主要机理有应力诱导相变增韧,相变诱发微裂纹增韧,残余应力增韧等。几种增韧机理并不互相排斥,但在不同条件下有一种或几种机理起主要作用。 相变增韧:利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同温度的相变,从而增韧的效果,统称为相变增韧。例如,利用的马氏体相变来改善陶瓷材料的力学性能,是目前引人注目的研究领域。研究了多种?的相变增韧,由四方相转变成单斜相,体积增大3% 5%,如部分稳定,四方多晶陶瓷(TZP), 增韧陶瓷(ZTA), 增韧莫来石陶瓷(ZTM), 增韧尖晶石陶瓷, 增韧钛酸铝陶瓷, 增韧陶瓷,增韧以及增韧等。其中PSZ陶瓷较为成熟,TZP,ZTA,ZTM研究得也较多,PSZ,TZP,ZTA等的新裂韧性已达,有的高达,但温度升高时,相变增韧失效。 当部分稳定陶瓷烧结致密后,四方相颗粒弥散分布于其他陶瓷基体中(包括本身),冷却时亚稳四方相颗粒受到基体的抑制而处于压应力状态,这时基体沿颗粒连线方向也处于压应力状态。材料在外力作用下所产生的裂纹尖端附近由于应力集中的作用,存在张应力场,从而减轻了对四方相颗粒的束缚,在应力的诱发作用下会发生向单斜相的转变并发生体积膨胀,相变和体积膨胀的过程除消耗能量外,还将在主裂纹作用区产生压应力,二者均阻止裂纹的扩展,只有增加外力做功才能使裂纹继续扩展,于是材料强度和新裂韧性大幅度提高。 因此,这种微结构会产生三种不同的增韧机理。在氧化锆中具有亚稳态四方相的盘状沉淀的微粒,如图1-55所示。首先,随着裂纹发展导致的应力增加。会使四方结构的沉淀相通过马氏体相变转变为单斜结构,这一相变吸收了能量并导致体积膨胀产生张应力。这种微区的形变在裂纹附近尤为明显。其次,相变的粒子周围的应力场会吸收额外的能量,并形成许多微裂纹。这些微结构的变化有效地降低了裂纹尖端附近的有效应力强度。第三,由于沉淀颗粒对裂纹的阻滞作用和局域残余应力场的效应,会引起裂纹的偏转。裂纹偏转又引起裂纹的表面积和有效表面能增加,从而增加材料的韧性。上述的情况同样适甩于粒子和短纤维强化的复合材料中。

长玻纤增强热塑性塑料注射成型技术

长玻纤增强热塑性塑料注射成型技术 https://www.doczj.com/doc/ab2885335.html, 发布日期: 2007-10-10 阅读: 2372 字体:大中小双击鼠标滚屏 长玻纤增强材料指的是用长度在5 mm以上的玻纤增强的复合材料,这种材料主要应用在比短切玻纤增强材料要求更高的场合,在汽车零配件中的应用尤为突出。20世纪80年代中期,西欧国家生产轿车采用的纤维增强塑料为40~50 kg/辆,1987年美国轿车平均耗用纤维增强塑料约36.3kg/辆,1990年为40.6 kg/辆,1992年为56.8 Kg/辆,其中玻纤增强热塑性塑料占有相当大的比例。长玻纤增强热塑性塑料(LFT)首先在欧洲被成功应用到汽车零件生产中,同时也受到北美设备生产厂家的关注。在欧洲和北美,许多汽车零配件生产厂家都用LFT技术代替了原来的玻纤毡增强热塑性塑料(GMT)技术,它已经成为塑料市场中发展最快的技术,在过去的10年中用于汽车生产的长玻纤数量每年约增长30%。市场的巨大需求及加工水平的提高推动了LFT材料成型方法及设备的发展,其成型工艺及成型设备得到了飞速发展尤其是在线配混注射成型技术越来越受到人们的关注,具有广阔的应用前景。 1 LFT材料的性质与用途 LFT中的玻纤长度较长,而且纤维长度分布更好,与GMT相比具有以下优良的性能:(1)制品的力学性能高,特别是冲击强度提高显著;(2)制品刚度与质量比高,变形小,特别有利于LFT在汽车中的应用;(3)制品韧性提高(4)制品抗蠕变性能好,尺寸稳定;(5)材料耐疲劳性能优良;(6)材料加工性能好,可用于成型形状、结构复杂的制品,GMT只能用于模压成型,囚而LFT设计自由度比GMT更高;(7)可回收利用。 由于LFT材料所具有的优良比能,因而被广泛应用于汽车、机械、建筑、航天航空及高新技术领域,特别是在汽车中的应用日渐增多。目前已广泛应用于汽车中的制品有进气岐管、前端组件、保险杠、挡泥板、仪表盘、行李仓底板、车门、车身板等。此外由于LFT材料优良的防腐性能而广泛用于化工防腐方面的贮罐、管道、电镀槽器件、防腐地板等。 2 LFT材料注射成型方法 目前用于LFT注射成型的方法主要有两种,一种是LFT料粒法,也称“两步法”;另一种是在注塑生产线上配混连续玻纤、塑料及添加剂后直接成型为制品,省去造粒的中间环节,也称“一步法”。由于纤维增强塑料熔体粘度高,加工困难。传统加工过程会造成长玻纤的过度折断、对设备磨损严重等问题,常规的短切玻纤增强塑料的制备方法及设备不适宜于LFT材料,需要相应的成型设备及工艺与之配套。 2.1 “两步法”注射成型 在“两步法”成型工艺中,首先采用特殊方法加工制得LFT料粒(料粒中玻纤长度大于5 mm)。早期主要采用电缆包覆法、粉末浸渍法等制得LFT料粒。近年来国际上普遍采用一种新的工艺,即使玻纤无捻粗纱通过特殊模头,同时向模头供人热塑性塑料,在模头中无捻粗纱被强制散开,受到塑料熔体的浸溃,使每根纤维都被树脂包覆,冷却后切成较长的料粒(10~25 mm),

无机刚性粒子增韧机理

无机刚性粒子增韧机理 刚性粒子增韧技术是制备兼具高刚性和高韧性的聚合物复合体系的有效手段 ,不仅具有重要的理论研究价值 ,而且具有广阔的应用前景和商业价值。 刚性粒子增韧聚合物的实现来源于两方面的贡献 其一是刚性粒子的引入所导致的局部应力状态的改变。通过脱粘、空化、三维应力约束的解除 ,为基体的剪切屈服提供应力条件。 其二是刚性粒子对基体的结晶行为产生影响 ,使晶粒尺寸变小 ,完善程度降低 ,甚至在界面附近形成择优取向的滑移阻力较小的结晶层 ,从而促进基体发生屈服变形。 基于大量的研究结果:最佳的增韧效果是适当的界面粘结强度 ,足够高的填料含量 ,基体较低的结晶度和屈服应力等因素所决定的。 有也有人理解: (a)聚合物受力变形时,刚性无机粒子的存在产生应力集中效应,引发其周围的基体屈服〔空穴、银纹、剪切带〕,这种基体的屈服将吸收大量变形功,产生增靭作用; (b)刚性无机粒子的存在能阻碍裂纹的扩展或钝化、终止裂纹。刚性无机粒子阻碍裂纹扩展的原因是普遍所接受的钉扎效应,即无论是裂纹遇到无机粒子时的钉扎攀越,还是钉扎-裂纹二次引发效应,都将使裂纹扩展的阻力增大,消耗变形功。 而无机粒子钝化或终止裂纹的原因是两相界面的部分受力脱黏形成空穴,从而使裂纹钝化而不致发展成破坏性开裂。众多的研究结果表明,只有超细的分散良好的无机填料才能对塑料基体进行有效的增韧。 如果还是不好理解,就当成炭黑能增韧增强橡胶就可以了。当然碳酸钙和这个效果差一些,到底差多少就和各家的技术有关了。 南京塑泰无机刚性粒子增韧母改性PPJ340性能 序号 1 2 3 4 母料品种及用量/ % 0 10 20 30 悬臂梁缺口冲击强度/(kJ/m2) 10.5 53.7 58.3 65.1 简支梁缺口冲击强度/(kJ/m2) 16.9 18.8 21.6 23.3 注:材料组份经简单混合后直接注射制样,模具温度50~60℃,PPJ340为扬子石化产共聚PP注塑料----当然其它PP以及聚乙烯都是可以的,上面只是以J340为例测试的数据。

玻璃纤维增强塑料夹砂管

ICS Q23 中华人民共和国国家标准 GB/T 21238-2007 玻璃纤维增强塑料夹砂管 Glass fiber reinforced plastics mortar pipes (ISO 10639:2004(E),Plastics piping systems for pressure and non -pressure water supply---Glass-reinforced thermosetting plastice(GRP) systemts based on unsaturated polyester (UP) resin,NEQ) 2007-10-21发布 2008-04-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 目次 前 言………………………………………………………………………………………… I 1 范围……………………………………………………………………………………… 1 2规范性引用文件 (1) 3术语和定义 (1) 4分类和标记 (2) 5原材料 (3)

6要 求……………………………………………………………………………………… 4 7卫生性能 (10) 8试验方法 (10) 9检验规则 (12) 10标志、包装、运输和贮存…………………………………………………………… 14 附录A(规范性附录)初始环向拉伸强力度样……………………………………… 15 附录B(规范性附录)长期静水压性能试验及确方法…………………………… 16 试验及确定方法……………………………附录C(规范性附录)长期弯曲应弯S b 17 附录D(资料性附录)接头技术要求………………………………………………… 20 附录E(资料性附录)管件技术要求………………………………………………… 23 前言 本标准对应于ISO 10639:2004《压力和非压力给水塑料管系统——玻璃纤维增强热固性塑料(不饱和聚酯树脂)管》(英文版),与ISO 10639的一致性程度为非等效。 本标准自实施之日起,CJ/T3079-1998《玻璃纤维增强塑料夹砂管》,JC/T838-1998《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》,JC/T695-1998《离心浇铸玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂夹砂管废止。 本标准的附录A附录B和附录C为规范性附录,附录D和附录E为资料性附录。 本标准由中国建筑材料工业协会提出。 本标准由全国纤维增强塑料标准化技术委员会口。 本标准负责起草单位:同济大学、北京玻璃钢研究设计院。

玻璃纤维增强塑料的基础知识

玻璃纤维增强塑料(FRP)基础知识 一.什么是复合材料 指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上的才料,通过某种技术方法结合组成另一种能够满足人们需求的新材料,叫做复合材料。 二.什么是玻璃纤维增强塑料( Fiber Reinforced Plas tics) 指用玻璃纤维增强,不饱和聚酯树脂(或环氧树脂;酚醛树脂)为基体的复合材料,称为玻璃纤维增强塑料。简称FRP由于其强度相当于钢材,又含有玻璃纤维且具有玻璃那样的色泽;形体和耐腐蚀;电绝缘;隔热等性能,在我国被俗称为“玻璃钢”。这个名称是原中国建筑材料工业部部长赖际发在1958年提出的一直延用至今。? 三.FRP的基本构成 基体(树脂)+ 增强材料+助剂+颜料+填料 1.基体(树脂):环氧树脂;酚醛树脂;乙烯基树脂;不饱和聚酯树脂;双酚A等 2.增强材料(纤维):玻璃纤维;碳纤维;硼纤维;芳纶纤维;

氧化铝纤维;碳化硅纤维;玄武岩纤维等。 3.助剂:引发剂(固化剂);促进剂;消泡剂;分散剂;基材润湿剂;阻聚剂;触边剂;阻燃剂等。 4.颜料:氧化铁红;大红粉;炭黑;酞青兰;酞青绿等。 多数为色浆状态。 5.填料:重钙;轻钙;滑石粉(400目以上);水泥等。 PVC:聚氯乙烯,硬PVC和软PVC,硬PVC有毒。 PPR:聚丙烯。 PUR:泡沫。 PRE:聚苯醚。 尼龙:聚酰胺纤维。 FRP的发展过程:无法确定发明人。 四.FRP材料的特点: 1.优点: (1)质轻高强:FRP的相对密度在1.5~2.0之间,只有碳钢的1/4~1/5但是拉伸强度却接近甚至超过碳素钢,而强度可以与高级合金钢相比,被广泛的应用于航空航天;高压容器以及其他需要减轻自重的制品中。 (2) 耐腐蚀性好:FRP是良好的耐腐蚀材料,对于大气;水和一般浓度的酸碱;盐及多种油类和溶剂都有较好的抵抗力,已经被广泛应用于化工防腐的各个方面。正在取代碳钢;不锈钢;木材;有色金属等材料。

环氧树脂增韧途径与机理

环氧树脂增韧途径与机理 环氧树脂(EP)是一种热固性树脂,因其具有优异的粘结性、机械强度、电绝缘性等特性,而广泛应用于电子材料的浇注、封装以及涂料、胶粘剂、复合材料基体等方面。由于纯环氧树脂具有高的交联结构,因而存在质脆、耐疲劳性、耐热性、抗冲击韧性差等缺点,难以满足工程技术的要求,使其应用受到一定限制。因此对环氧树脂的共聚共混改性一直是国内外研究的热门课题。 一、序言 目前环氧树脂增韧途径,据中国环氧树脂行业协会专家介绍,主要有以下几种:用弹性体、热塑性树脂或刚性颗粒等第二相来增韧改性; 用热塑性树脂连续地爨穿于热固性树脂中形成互穿网络米增韧改性; 通过改变交联网络的化学结构以提高网链分子的活动能力来增韧; 控制分子交联状态的不均匀性形成有利于塑性变形的非均匀结构来实现增韧。 近年来国内外学者致力于研究一些新的改性方法,如用耐热的热塑性工程塑料和环氧树脂共混;使弹性体和环氧树脂形成互穿网络聚合物(I PN)体系;用热致液晶聚合物对环氧树脂增韧改性;用刚性高分子原位聚合增韧环氧树脂等。这些方法既可使环氧捌脂的韧性得到提高,同时又使其耐热性、模量不降低,甚至还略有升高。 随着电气、电子材料及其复合材料的飞速发展,环氧树脂正由通用型产品向着高功能性、高附加值产品系列的方向转化。中国环氧树脂行业协会专家表示,这种发展趋势使得对其增韧机理的研究H益深入,增韧机理的研究对于寻找新的增韧方法提供了理论依据,因此可以预测新的增韧方法及增韧剂将会不断出现。 采用热塑性树脂改性环氧树脂,其研究始于20世纪80年代。使用较多的有聚醚砜(P ES)、聚砜(P S F)、聚醚酰亚胺(P EI)、聚醚醚酮(PE EK)等热塑性工程塑料,人们发现它们对环氧树脂的改性效果显著。据中国环氧树脂行业协会专家介绍,这些热塑性树脂不仪具有较好的韧性,而且模量和耐热性较高,作为增韧剂加入到环氧树脂中同样能形成颗粒分散相,它们的加入使环氧树脂的韧性得到提高,而且不影响环氧固化物的模量和耐热性。 二、热塑性树脂增韧环氧树脂 1、热塑性树脂增韧方法 未改性的PE S对环氧的增韧效果不明显,后来实验发现两端带有活性反应基团的P ES 对环氧树脂改性效果显著。如苯酚、羟基封端的P E S可使韧性提高100%;双氨基封端、双羟基封端的P E S也是有效的改性剂;环氧基封端的PE S由于环氧基能促进相互渗透,因而也提高了双酚A型环氧树脂的韧性。以二氨基二苯砜为固化剂,P E S增韧的环氧树脂

连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用

连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用.txt22真诚是美酒,年份越久越醇香浓型;真诚是焰火,在高处绽放才愈是美丽;真诚是鲜花,送之于人手有余香。一颗孤独的心需要爱的滋润;一颗冰冷的心需要友谊的温暖;一颗绝望的心需要力量的托慰;一颗苍白的心需要真诚的帮助;一颗充满戒备关闭的门是多么需要真诚这一把钥匙打开呀!本文由ygndtfowbt贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 第3卷第6期1 2003年6月 塑料工业 CmNAPLASⅡCSINDUISRY. 连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用 唐倬,吴智华,牛艳华,刘志民 (川大学高分子科学与工程学院,四川成都606)四105摘要:综述了国内外连续玻璃纤维增强热塑性塑料的纤维处理方法、成型技术及应用状况,展望了连续玻璃纤维 增强热塑性塑料发展前景。 关键词:连续玻璃纤维;热塑性塑料;增强;成型;复合材料中豳分类号:T371Q2。1文献标识码:A文章编号:1057(03000—405—7020)6—010连续纤维增强热塑性塑料(otuuire—CniosFbineRn 重要的现实意义。 fcdTeoltltsoehrpscPai,简称c【)是2rmaiscF'P0世纪70年代初开发的一种聚合物基复合材料。连续纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,其中又以玻 璃纤维较为常用。CRP较之连续纤维增强热固性塑FT料具有以下几方面突出的优点的u:()预浸料可长1J 1生产技术 连续玻纤增强热塑性塑料复合材料制品的生产过程包括玻纤表面处理、热塑性塑料预浸纤维及其织 物、成型复合材料制品。玻纤表面处理一般在生产玻纤时进行,处理剂根据热塑性塑料品种选择。常用处 期保存;()综合性能优良,特别是在高温、高湿度2 下仍能保持良好的力学性能;()成型适应性广、生3产效率高;()制品可重复加工、再生利用。近年4 来,连续玻璃纤维增强热塑性塑料(GR1)越来CF1P越受到各国重视,研究应用十分活跃。Hwe[发明aly】理剂有:有机硅烷类偶联剂、有机钛酸酯类偶联剂、有机铬络合物类偶联剂。 11预浸料技术. 111溶液浸渍技术..溶液浸渍制备技术【]用树脂溶液浸润纤维,l是0然后加热除去溶剂。这种制备技术工艺简便,设备简单,但存在如下问题:溶剂必须完全除去,否则制品耐溶剂性差;去除

玻璃纤维增强塑料的基础知识

玻璃纤维增强塑料(FRP)基础知识一.什么是复合材料 指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上的才料,通过某种技术方法结合组成另一种能够满足人们需求的新材料,叫做复合材料。 二.什么是玻璃纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics)指用玻璃纤维增强,不饱和聚酯树脂(或环氧树脂;酚醛树脂)为基体的复合材料,称为玻璃纤维增强塑料。简称FRP 由于其强度相当于钢材,又含有玻璃纤维且具有玻璃那样的色泽;形体和耐腐蚀;电绝缘;隔热等性能,在我国被俗称为“玻璃钢”。这个名称是原中国建筑材料工业部部长赖际发在1958年提出的一直延用至今。 三.FRP的基本构成 基体(树脂)+ 增强材料+助剂+颜料+填料 1.基体(树脂):环氧树脂;酚醛树脂;乙烯基树脂;不饱和聚酯树脂;双酚A等 2.增强材料(纤维):玻璃纤维;碳纤维;硼纤维;芳纶纤维;氧化铝纤维;碳化硅纤维;玄武岩纤维等。

3.助剂:引发剂(固化剂);促进剂;消泡剂;分散剂;基材润湿剂;阻聚剂;触边剂;阻燃剂等。 4.颜料:氧化铁红;大红粉;炭黑;酞青兰;酞青绿等。多数为色浆状态。 5. 填料:重钙;轻钙;滑石粉(400目以上);水泥等。PVC:聚氯乙烯,硬PVC和软PVC,硬PVC有毒。PPR:聚丙烯。 PUR:泡沫。 PRE:聚苯醚。 尼龙:聚酰胺纤维。 FRP的发展过程:无法确定发明人。 四.FRP材料的特点: 1.优点: (1)质轻高强:FRP的相对密度在1.5~2.0之间,只有碳钢的1/4~1/5但是拉伸强度却接近甚至超过碳素钢,而强度可以与高级合金钢相比,被广泛的应用于航空航天;高压容器以及其他需要减轻自重的制品中。 (2)耐腐蚀性好:FRP是良好的耐腐蚀材料,对于大气;水和一般浓度的酸碱;盐及多种油类和溶剂都有较好的抵抗力,已经被广泛应用于化工防腐的各个方面。正在取代碳钢;不锈钢;木材;有色金属等材料。 (3)电性能好:FRP是优良的绝缘材料,用于制造绝缘体,

增韧理论

增韧理论: 塑料共混改性的一个重要内容是提高一种塑料的韧性,使其满足使用场合和环境对材料韧性的要求。比较成熟的是橡胶增韧技术,但近几年与发展了非弹性体增韧技术,如无机刚性粒子增韧塑料等。 ⑴弹性体直接吸收能量理论:当试样受到冲击时会产生微裂纹,这时橡胶颗粒跨越裂纹两岸,裂纹要发展就必须拉伸橡胶,橡胶形变过程要吸收大量能量,从而提高了塑料的冲击强度。 ⑵屈服理论:橡胶增韧塑料高冲击强度主要来源于基体树脂发生了很大的屈服形变,基体树脂产生很大屈服形变的原因,是橡胶的热膨胀系数和泊松比均大于塑料的,在成型过程中冷却阶段的热收缩和形变过程中的横向收缩对周围基体产生静水张应力,使基体树脂的自由体积增加,降低其玻璃化转变温度,易于产生塑性形变而提高韧性。另外是橡胶粒子的应力集中效应引起的。 ⑶裂纹核心理论:橡胶颗粒充作应力集中点,产生了大量小裂纹而不是少量大裂纹,扩展众多的小裂纹比扩展少数大裂纹需要较多的能量。同时,大量小裂纹的应力场相互干扰,减弱了裂纹发展的前沿应力,从而,会减缓裂纹发展并导致裂纹的终止。 ⑷多重银纹理论:由于增韧塑料中橡胶粒子数目极多,大量的应力集中物引发大量银纹,由此可以耗散大量能量。较大的橡胶粒子还是银纹终止剂,小粒子不能终止银纹。 ⑸银纹-剪切带理论:是普遍接受的一个重要理论。大量实验表明,聚合物形变机理包括两个过程:一是剪切形变过程,二是银纹化过程。剪切过程包括弥散性的剪切屈服形变和形成局部剪切带两种情况。剪切形变只是物体形状的改变。分子间的内聚能和物体的密度基本不变。银纹化过程则使物体的密度大大下降。一方面,银纹体中有空洞。说明银纹化造成了材料一定的损伤,是次宏观断裂破坏的先兆;另一方面,银纹在形成、生长过程中消耗了大量能量,约束了裂纹的扩展,使材料的韧性提高,是聚合物增韧的力学机制之一,所以,正确认识银纹化现象,是认识高分子材料变形和断裂过程的核心,是进行共混改性塑料,尤其是增韧塑料设计的关键之一。银纹的一般特征如下:①银纹是在拉伸力场中产生的,银纹面总是与拉伸力方向垂直;在压力场中不会产生银纹;在纯剪切力场中银纹也能扩展。②银纹在玻璃态、结晶态聚合物中都能产生、发展。③银纹能在聚合物表面、内部单独引发、生长,也可在裂纹端部形成。在裂纹端部形成的银纹,是裂纹端部塑性屈服的一种形式。④在单一应力作用下引发的银纹,称为应力银纹。在短时大应力作用下可以引发银纹,在长期应力作用下,即蠕变过程中也能引发银纹,在交变应力作用下也可引发银纹。受应力和溶剂联合作用引发的银纹,称为应力-溶剂银纹。溶剂能加速银纹的引发和生长。 ⑤银纹的外形与裂纹相似,但与裂纹的结果明显不同:裂纹体中是空的,而银纹是由银纹质和空洞组成的。空洞的体积分数50%~70%。银纹质取向的高分子和/或高分子微小聚集体组成的微纤,直径和间距约为几到几十纳米,其大小与聚合物的结构、环境温度、施力速度、应力大小等因素有关;银纹主微纤与主应力方向呈某一角度取向排列,横系的存在使银纹微纤也构成连续相,与空洞连续相交织在一起成为一个复杂的网络结构;横系结构使得银纹有一定横向承载能力,银纹微纤之间可以相互传递应力;这种结构的形成是由于强度较高的缠结链段被同时转入两相邻银纹微纤的结果。 银纹引发的原因是聚合物中以及表面存在的应力集中物,拉伸应力作用下产生应力集中效应。首先在局部应力集中处产生塑性剪切变形,由于聚合物应变软化的特性,局部塑性变形量迅速增大,在塑性变形区内逐渐积累足够的横向应力分量。这是因为沿拉伸应力方向伸长时,聚合物材料必然在横向方向收缩,就产生低抗这种收缩倾向的等效于作用在横向的应力场。当横向张力增大到某一临界值时,局部塑性变形区内聚合物中被引发微空洞; 随后,微空洞间的高分子和/或高分子微小聚集体继续伸长变形,微空洞长大并彼此复合,最终形成银纹中椭圆空洞。银纹体形成时所消耗的能量称为银纹生成能,包括消耗的 4 种

玻璃纤维增强塑料成型工艺

玻璃纤维增强塑料成型工艺 第一章绪论 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)或GRP(GlassReinforced Plastics)或GFRP(Glass fibre reinforced plastics)。玻璃钢是玻璃纤维增强塑料的习惯叫法,是一种新型工程材料。它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料,以合成树脂作基体材料,通过一定的成型工艺而制成的一种复合材料。三十年代在美国出现后,到二次世界大战期间由于战争的需要才发展起来。战后逐渐转到了民用工业方面,并获得了迅速发展。由于玻璃钢具有许多特殊优良的性能(如机械强度高、比重小、耐化学腐蚀、绝缘性能好等等)。因此被普遍应用于火箭、导弹、航空、造船、汽车、化工、电器、铁路以及一般民用等工农业部门中。目前世界各国都非常重视研究和发展玻璃钢材料,迄今为止,人们不但研究试制成功各种各样有特殊性能的玻璃钢材料产品,而且研究成功各种各样的成型工艺。 第二章玻璃钢基础知识 1、玻璃钢的发展历史 1940年,美国一家实验室的技术人员不小心将加有催化剂的不饱和聚酯树脂倾倒在玻璃布上,第二天发现固化后的这种复合材料强度很高,玻璃钢遂应运而生。 1942年第一艘玻璃钢渔船问世;玻璃钢管试制成功并投入使用。二战其间,美国以手工接触成型与抽真空固化工艺,制造了收音机雷达罩与副油箱;利用胶接技术制作了玻璃钢夹芯结构的收音机机翼。 1946年发明了以纤维缠绕法生产压力容器的方法。 1949年预混料DMC(BMC)模压玻璃钢面试。 1950年真空袋与压力袋成型工艺研究成功;手糊环氧玻璃钢直升收音机旋翼面市。 20世纪50年代末,前苏联成功将玻璃钢用于炮弹引信体等军品及化工器材的生产。 1961年德国率先开发片状模塑料(SMC)及其模压技术。 1963年玻璃钢波形瓦开始机械化生产,美、法、日先后有高生产率的边疆生产线投生。 1972年美国研究成功干法生产的热塑性片状模塑料。 20世纪80年代,开发了湿法生产的热塑性片大辩论模塑料。瑞士、奥地利离心法成型玻璃钢管得到发展;意大利工业化纤维缠绕玻璃钢管生产线技术成熟,产品大量使用于石化、轻工、轮船等领域。 1956年,时任重工业部副部长、后任建材工业部长的赖际发同志赴前苏联考察玻璃钢。俄文称玻璃钢为“玻璃塑料”(CTEKJIOIIJIACTHHK),当时中文里没有相应的词。想到材料内有玻璃,强度又高,就叫“玻璃钢”。这就是“玻璃钢”一词的由来。

玻纤增强PP的特性

玻纤增强PP的特性 PP加玻纤,通常,PP材料的拉伸强度在20M~30MPa之间,弯曲强度在25M~50MPa之间,弯曲模量在800M~1500MPa之间。如果要想 把PP用在工程结构件上,就必须使用玻璃纤维进行增强。 PP加玻纤,通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。具体来说,拉伸强度达到了65MPa~90MPa,弯曲强度达到了70MPa~120MPa,弯曲模量达到了3000MPa~4500MPa,这样的机械强度完全可以与ABS及增强ABS产品相媲美,并且更耐热。 PP加玻纤,一般ABS和增强ABS的耐热温度在80℃~98℃之间,而玻璃纤维增强的PP材料的耐热温度可以达到135℃~145℃。 增强改性PP所用的玻璃纤维,要求长度为0.4~0.6ram,若长度小于0.04mm,玻璃纤维只起填充作用而无增强效果,发达国家都在开发长丝增强注射材料。玻璃纤维含量在40%(质量分数)含量内,玻 璃纤维含量越高,PPR弹性模量、抗张、抗弯强度也越高。但一般不能超过40%,否则流动量下降,失去补强作用,一般在10%~30%。 PP填充改性,在PP中加入一定量的无机矿物,如滑石粉、碳酸钙、二氧化钛、云母等,可提高刚性,改善耐热性与光泽性;填加碳 纤维、硼纤维、玻璃纤维等可提高抗张强度;填加阻燃剂可提高阻燃性能; 填加抗静电剂、着色剂、分散剂等可分别提高抗静电性、着色性及流动性等;填加成核剂,可加快结晶速度,提高结晶温度,形成更多更小的球晶 体,从而提高透明性和冲击强度。因此,填充剂对提高塑料制品的性能、改善塑料的成型加工性、降低成本有显著的效果。 玻纤增强PP的应用 PP作为四大通用塑料材料之一,具有优良的综合性能、良好的化学稳定性、较好的成型加工性能和相对低廉的价格;但是它也存 在着强度、模量、硬度低,耐低温冲击强度差,成型收缩大,易老化等缺 点。因此,必须对其进行改性,以使其能够适应产品的需求。对PP材料 的改性一般是通过添加矿物质增强增韧、耐候改性、玻璃纤维增强、阻燃改性和超韧改性等几个途径,每一种改性PP在家用电器领域都有着大量 应用。 PP加玻纤材料,可以被用来制作冰箱、空调等制冷机器中的轴流风扇和贯流风扇。此外,它也可以用于制造高转速洗衣机的内桶、波轮、皮带轮以适应其对机械性能的高要求,用于电饭煲底座和提手、电子微波烤炉等对耐温要求较高的场所。

玻璃纤维增强塑料简论

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科目:复合材料 院(系):材化学院 专业:无极非金属材料工程 姓名:庞丽丽 学号:13461025 指导教师:张西玲 二○一六年五月十九日 玻璃纤维增强塑料简论 庞丽丽学号:班级:13无极非金属材料1班 摘要:介绍玻璃纤维增强塑料的性能和优缺点;讨论玻璃纤维增强改性工程塑料的影响因素;及其应用发展概况。 关键词:玻璃纤维;增强塑料。 Summary:IntroducestheperformanceofGFRP,advantagesanddisadvantages. Discussiontheinfluencingfactorsofglassfiberreinforcedmodifiedengineeringplas tics.Developmentsurveyanditsapplication. Keyword:Glassfiber.Reinforcedplastics. 1前言[1] 玻璃纤维增强塑料(也称玻璃钢,国际公认的缩写符号为GFRP或FRP),是一种品种繁多,性能各别,用途广泛的复合材料。它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺,制作而成的一种功能型的新型材料。 随着人们环保意识的增强,热塑性塑料在汽车、电子、电器、通讯等行业得到广泛的应用,而这些行业的发展又对塑料的综合性能提出了新的要求。工程塑料自身具有很多突出的优点,如密度小、加工性好、可回收再利用等,但

也有一些不足之处,如强度不够高、注塑后的成品收缩率较大、尺寸稳定性较差、耐温性不够好等等。以适应市场的需要,在实际应用中,有时会同时使用两种或者多种改性手段,以提高材料性能和适用性,玻璃纤维作为塑料共混改性的一个组分,利用其优异的增强效果来改善塑料的性能,同时也利于降低成本。本文将重点讨论玻璃纤维增强塑料的主要影响因素及工程塑料改性用玻纤的发展动向。 2性能[2] 玻璃钢材料具有重量轻,比强度高,耐腐蚀,电绝缘性能好,传热慢,热绝缘性好,耐瞬时超高温性能好,以及容易着色,能透过电磁波等特性。与常用的金属材料相比,它还具有如下的特点∶ a.玻璃钢材料是一种具有可设计性的材料品种。 b.玻璃钢产品,制作成型时的一次性,更是区别于金属材料的另一个显着的特点。 c.玻璃钢材料,还是一种节能型材料。采用机械的成型工艺方法,例如模压、缠绕、注射、RTM、喷射、挤拉等成型方法,由于其成型温度远低于金属材料,及其他的非金属材料,因此其成型能耗可以大幅度降低。 3成型工艺[3] 玻璃钢制品的制作成型方法有很多种,它们的技术水平要求相差很大,其对原材料、模具、设备投资等的要求,也各不相同,当然它们所生产产品的批量和质量,也不会相同。

玻纤增强塑料的优缺点

本文摘自再生资源回收-变宝网(https://www.doczj.com/doc/ab2885335.html,) 玻纤增强塑料的优缺点 玻纤增强塑料是在原有纯塑料的基础上,加入玻璃纤维和其它助剂,从而提高材料的使用范围。一般的来说,大部分的玻纤增强材料多用在产品的结构零件上,是一种结构工程材料;如:PP,ABS,PA66,PA6,PC,POM,PPO,PET,PBT,PPS。 优点: 1、玻纤增强以后,增强塑料不会应力开裂,同时,塑料的抗冲性能提高很多; 2、玻纤增强以后,玻纤是耐高温材料,因此,增强塑料的耐热温度比不加玻纤以前提高很多,尤其是尼龙类塑料; 3、玻纤增强以后,玻纤是高强度材料,从而也大提了塑料的强度,如:拉伸强度,压缩强度,弯曲强度,提高很多; 4、玻纤增强以后,由于玻纤和其它助剂的加入,增强塑料的燃烧性能下降很多,大部分材料不能点燃,是一种阻燃材料;

5、玻纤增强以后,由于玻纤的加入,限制了塑料的高分子链间的相互移动,因此,增强塑料的收缩率下降很多,刚性也大大提高。 缺点: 1、玻纤增强以后,所有塑料的韧性降低,而脆性增加; 2、玻纤增强以后,由于玻纤的加入,不加玻纤前是透明,都会变成不透明的; 3、玻纤增强以后,由于玻纤的加入,所有材料的熔融粘度增大,流动性变差,注塑压力比不加玻纤的要增加很多; 4、玻纤增强以后,由于玻纤的加入,流动性差,为了正常注塑,所有增强塑料的注塑温度要比不加玻纤以前提高10℃-30℃; 5、玻纤增强以后,由于玻纤和助剂的加入,增强塑料的吸湿性能大加强,原来纯塑料不吸水的也会变得吸水,因此,注塑时都要进烘干 本文摘自变宝网-废金属_废塑料_废纸_废品回收_再生资源B2B交易平台网站; 变宝网官网:https://www.doczj.com/doc/ab2885335.html,/?qx 买卖废品废料,再生料就上变宝网,什么废料都有!

玻纤增强塑料在成型中应注意的问题

玻璃纤维知识 玻纤增强塑料的成型加工可以采用挤出、注射、压制等方法,或其他其他特殊成型方法。对于热塑性玻纤增强塑料的粒料,采用单螺杆或双螺杆挤出,制造成品时,多数采用注射成型法。 成型时的主要问题是: *玻纤含量增大时,熔融粘度大,成型困难; *玻纤与树脂混合混炼不匀时,影响制品性能; *制品具有方向性; *制品表面光泽度降低,加大设备磨损。 *必须重视由于热分解造成的设备腐蚀和磨损。对于高填充聚氯乙烯,单螺杆的寿命只有一年多。 绝缘单梯的主要技术要求: (一)绝缘单梯外观、装配 1、绝缘梯外观:绝缘梯各部件外形不得有尖锐棱角,应倒圆弧。 2、绝缘梯装配:应符合YB3205之规定 (二)绝缘单梯一般要求 1、绝缘梯原材料应预选检验 2、绝缘梯使用的铝合金材料制件应做表面阳极氧化处理,轴类钢制件表面应有防护镀层;绝缘层压类材料制件加工表面应用绝缘漆进行处理。 3、绝缘梯金属部件表面粗糙度应≤6.3 绝缘梯各部件加工表面应规则、平整。绝缘部件表面应光滑、无气泡、皱纹或开裂,无明显的擦伤和过热痕迹,颜色应为本色(从浅黄绿到棕色) (三)绝缘单梯技术参数 产品别名:绝缘合梯,玻璃钢合梯,玻璃钢人字梯

产品材料: 绝缘玻璃钢 耐压等级: 220KV 产品规格:1.5米绝缘人字梯 同类产品规格: 2.0米绝缘人字梯、2.5米绝缘人字梯、3.0米绝缘人字梯、3.5米绝缘人字梯、4.0米绝缘人字梯、5.0米绝缘人字梯、6.0米绝缘人字梯。 绝缘单梯的主要技术要求: (一)绝缘单梯外观、装配 1、绝缘梯外观:绝缘梯各部件外形不得有尖锐棱角,应倒圆弧。 2、绝缘梯装配:应符合YB3205之规定 (二)绝缘单梯一般要求 1、绝缘梯原材料应预选检验 2、绝缘梯使用的铝合金材料制件应做表面阳极氧化处理,轴类钢制件表面应有防护镀层;绝缘层压类材料制件加工表面应用绝缘漆进行处理。 3、绝缘梯金属部件表面粗糙度应≤6.3 更多文章https://www.doczj.com/doc/ab2885335.html, 玻璃纤维厂编辑:blxwwk 绝缘梯各部件加工表面应规则、平整。绝缘部件表面应光滑、无气泡、皱纹或开裂,无明显的擦伤和过热痕迹,颜色应为本色(从浅黄绿到棕色) (三)绝缘单梯技术参数 产品别名:绝缘合梯,玻璃钢合梯,玻璃钢人字梯 产品材料: 绝缘玻璃钢 耐压等级: 220KV 产品规格:1.5米绝缘人字梯 同类产品规格: 2.0米绝缘人字梯、2.5米绝缘人字梯、3.0米绝缘人字梯、3.5米绝缘人字梯、4.0米绝缘人字梯、5.0米

陶瓷复合材料的增韧

陶瓷基复合材料的增韧研究进展(综述) 摘要:陶瓷材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能,但是陶瓷材料的脆性问题一直制约着陶瓷材料的发展。近年来,人们在提高陶瓷的韧性方面取得了众多成果。本文介绍了近五年来国内外关于纳米陶瓷基复合材料的增韧问题的研究进展,并对陶瓷基复合材料的增韧进行了前景展望。 关键词:陶瓷基复合材料;增韧;研究进展 Research and Development of Toughening of Ceramic Matrix Composites (A Review) Zhou Kui State Key Laboratory of Material Processing and Die&Mould Technology, Huazhong university of science and technology Abstract:Ceramic materials have outstanding performance at strength, high temperature resistance, corrosion resistance, but the development of ceramic materials has been restricted by the brittleness of ceramic materials.In recent years,many achievements in improving ceramic toughness has been made.In this paper,the research status about ceramic matrix composite toughening problem at home and abroad had been introduced and the prospect of ceramic matrix composite toughening was also proposed. Keywords:ceramic matrix composites;toughening;research status 1、引言 陶瓷材料不管是在古代还是当今社会都是不可缺少的材料,它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。[1]陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点,不仅可用作结构材料,由于其还具有某些特殊的性能,因此它也可作为功能材料。[2] 目前,新型的陶瓷材料正在以往使用金属的领域中得到应用,如发动机零部件、高温喷嘴、磨球、轴承、耐磨部件、刀具等。由于结构陶瓷固有的脆性,其具有灾难性破坏的致命弱点,使其可靠性较差,因此,改善陶瓷材料的韧性就成为直接关系到陶瓷材料在高科技领域中应用的关键。近年来,围绕陶瓷材料韧化这一关键性问题,已进行了大量而深入的基础研究,取得了不少突破性的进展。主要表现在以下几个方面:[3] (1)发展了高纯、超细、均质的陶瓷粉体制备技术,最终提升陶瓷的韧性; (2)开发出了流延法成型、轧膜成型、注射成型、挤制成型以及近年来出现的胶态成型等实用新型成型工艺; (3)发展了热压烧结、热等静压烧结、气压烧结、微波烧结、自蔓延高温合成、等离子放电烧结等烧结新技术;

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