短玻璃纤维增强ABS复合材料性能的研制

山西师范大学学报(自然科学版)第19卷第1期Journa l of Shanx i T eacher c s U niversity V o.l19N o.1 2005年3月N atural Science Ed ition M ar.2005文章编号:1009-4490(2005)01-0074-05短玻璃纤维增强ABS复合材料性能的研制李东红(华北工学院分院机械工程系,山西太原030008)摘要:以ABS树脂为主要原料,用短玻璃纤维对其进行增强改性.基于前面对挤出工艺条件对短玻璃纤维增强ABS复合材料力学性能及流动性能的研究,本文选择挤出温度为225e,螺杆转速为60r/m i n;实验从配方研究入手,着重探讨了玻璃纤维含量的不同,对复合材料的力学性能、流动性能以及耐热性的影响.结果表明:随着玻璃纤维含量的增多,复合材料的拉伸强度、耐热性提高;缺口悬臂梁冲击强度、无缺口简支梁冲击强度、熔体流动速率降低和断裂伸长率下降.关键词:偶联剂;短玻纤增强A BS;力学性能;M FR;耐热性中图分类号:O636.9文献标识码:AABS是用途广泛的热塑性工程塑料,应用于机械、电子、电气、仪表、家用电器、军工等领域.玻璃纤维增强ABS复合材料具有良好的综合性能,强度高,刚性好,耐高温,成型性好,尺寸稳定.加入玻璃纤维可提高复合材料的热变形温度,降低材料的线胀系数和成型收缩率.目前,国外已经有很多关于玻璃纤维增强材料的研制.我国对玻璃纤维增强材料的研制主要集中在聚丙稀和聚酰胺等材料上,尤其是短玻璃纤维增强ABS.玻璃纤维增强ABS的加工工艺直接影响着复合材料的性能,为制得性能优异的玻璃纤维增强ABS,实验从配方研究入手着重探讨.随着玻璃纤维含量的不同,增强ABS复合材料的力学性能,流动性能和耐热性的变化趋势以及影响因素.1实验部分1.1主要原料ABS:9715A吉林石化分公司合成树脂厂;硅烷偶联剂处理的短玻璃纤维:ECS304(ABS),重庆国际复合材料公司;偶联剂:KH-550、KH-560,南京翔飞助剂厂1.2设备与仪器双螺杆挤出机:TSSJ-25同向旋转,化工部晨光化工研究塑料机械研究所制造;高速混合机:10DY型,北京塑料机械厂;万能制样机:ZHY-W型,河北承德试验机厂;悬臂梁冲击试验机:XJJ-5型,承德市实验厂;塑料注射成型机:CJ80M2型,震德塑料机械厂;熔融指数测定仪:XRZ-300,长春市分金属实验机厂.1.3ABS复合材料制备工艺ABS复合材料制备工艺流程见图1.收稿日期:2004-12-06作者简介:李东红(1964)),女,山西太原人,华北工学院分院机械工程系,主要从事无机材料方面的研究.1.4 性能测试拉伸强度按GB /T 1040-1992,冲击强度按GB /T 1043)1993.弯曲强度按GB 1042)1979.MFR 按GB /T 3682)1989.断裂伸长率按GB /T 1040)1992进行.图1 ABS 复合材料制备工艺流程图F i g .1 T he fl ow chart o f the process i ng o f short g lass-fi ber reinf o rced A BC2 结果与讨论2.1 偶联剂种类对复合材料性能的影响使用硅烷偶联剂KH -550(C -氨基丙基三乙氧基烷)和KH -560[C -(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷]对玻璃纤维进行表面处理.使用前应将玻璃纤维在120e 烘箱中干燥2h,以除去吸附的水分.玻璃纤维经偶联剂处理后还应在80e 下干燥4h ,用来增加玻璃纤维与偶联剂的反应.玻璃纤维含量为20%.表1是偶联剂种类对ABS 复合材料性能的影响.由表1可以看出,不加偶联剂时的复合材料的拉伸强度、冲击强度和变曲强度都较差,断裂伸长率较高.用KH -550处理玻璃纤维得到的复合材料的综合性能比用KH -560处理的好.表1 偶联剂种类对ABS 复合材料性能的影响T ab .1 T he i nfl uenece of different o f coupli ng ag ent on the function o fA BS compound m a teria l偶联剂种类拉伸强度/M Pa 冲击强度/kJ #m -2弯曲强度/M P a 断裂伸长率/%未加偶联剂KH -550KH -5606277.573.27073729510710363.43.82.2 短玻璃纤维含量对复合材料力学性能的影响实验中分别用0、5%、10%、15%、20%、25%、30%的玻纤对ABS 树脂进行改性;对增强ABS 复合材料的力学性能、流动性能和热性能进行了研究.分析结果见图1.图2 短玻纤含量对拉伸强度的影响F i g .2 T he i n fluence o f short g lass-fi ber contents on the tensile strength of t he co m po siti on#75# 第1期 李东红:短玻璃纤维增强A BS 复合材料性能的研制图2表明,复合材料的拉伸强度随玻纤含量的增加而增加,但拉伸强度并没有成线性趋势增长,也没有像理论上描述的那样提高几个数量级;玻纤含量为5%-10%时拉伸强度上升的趋势较小.这是由于纤维增加塑料的原理是靠其复合作用,利用纤维的高强度以承受应力.当玻纤含量较少时,玻纤周围的区域中没有达到一定程度的交叠,所以对复合材料强度的提高较小.当玻纤含量达到25%-30%时,复合材料的拉伸强度上升趋势开始缩减,主要是因为随着玻纤含量的增加,成型加工对玻纤的损伤较大,玻纤长度变短,而玻纤长度对短玻纤增强塑料的增强效果影响很大.要使玻纤充分发挥增强作用,必须使基体树脂与玻纤界面的剪切应力大于或等于玻纤本身的拉抻屈服应力.为满足这一条件,玻纤长度必须大于一临界值,当玻纤长度较小时就不能对复合材料起到很好的增强作用.图中玻纤含量10%-20%时,拉伸强度上升的趋势较好.2.3 短玻璃纤维含量对冲击强度的影响复合材料的韧性是影响其使用的一个十分关键的性能参数.在进行拉伸实验的同时也得到了复合材料的断裂伸长率,图3、图4、图5分别为短玻纤含量对复合材料断裂伸长率、缺口悬臂梁和无缺口简支梁冲击强度的影响.图3 短波纤含量对断裂伸长率的影响F i g .3 F i g .2.3T he i n fluence o f short g lass-fi ber contents on the no tched i m pac t streng th o f t he co m posite图4 短玻纤含量缺口冲击强度的影响F i g .4 T he i nfl uence of s hort g lass-fi ber con tents on t he no tched i m pact strengnt h o f the composite图3、图4、图5均表明随着玻纤含量的加入,复合材料的断裂伸长率、缺口悬臂梁冲击强度和无缺口#76#山西师范大学学报(自然科学版) 2005年简支梁冲击强度大幅度降低.当玻纤含量达到10%时复合材料的缺口冲击强度只有6.4kJ /m 2,当玻纤含量超过10%以后,缺口悬臂梁、无缺口简支梁冲击强度和断裂伸长率降低的趋势趋于缓和,玻纤含量为30%时,复合材料的缺口悬臂梁冲击强度为5.3kJ/m 2,此时材料具有相当的脆性.断裂伸长率的变化和冲击强度的变化趋势完全一致.图5 短玻纤含量对无缺口冲击强度的影响F i g .5 T he i nfl uence of short g lass-fi ber con tents the unnotched i m pact streng t h o f the composite2.4 短玻璃纤维含量对复合材料熔体流动速率的影响玻纤增强ABS 复合材料的流动性比纯的基体树脂较差.图6表明了随着玻璃纤维含量的增加复合材料的熔体流动速率变化的趋势;随着玻纤含量的增加复合材料的熔体流动速率下降,但随着玻纤含量的增加熔体流动速率下降的差值差距变小.因此玻纤的加入复合材料的流动性下降很快;ABS 树脂为假塑性流体,假塑性流体无减玻纤的加入没有改变它的这一流动特征;但随玻纤含量的增加,体系的表观粘度随剪切速率的变化更敏感,说明体系的非牛顿性增加,可以抵消一部分随玻纤的增加对复合材料流动性造成的下降,因而当玻纤含量达到20%以后复合材料的熔体流动速率下降很缓.图6 短玻纤含量对熔体流动速率的影响F i g .6 T he i nfl uence of sho rt glass-fi ber contents onM FR o f the composite3 结论(1)短玻纤增强复合材料的拉伸强度随着玻纤含量的增加而增加;冲击强度和断裂伸长率均下降.(2)复合材料的流动性能随玻璃纤维含量的增加而呈下降的趋势.(3)复合材料的热稳定性随玻璃纤维含#77# 第1期 李东红:短玻璃纤维增强A BS 复合材料性能的研制量的增加明显提高.参考文献:[1]黄锐.塑料工程手册[M ].北京:机械工业出版社,2000.191.[2]王国全,等.聚合物改性[M ].北京:中国轻工业出版社,2000.4~35.[3]吴培熙,张留城.聚合物共混技术[J].塑料工业,1996(2).[2]朱光明,辛文利.聚合物共混改性研究现状[J].塑料科技,2002(4).Properties of Short G l ass Fiber R ei nforced ABS Co mpositeLI Dong -hong(College A ttached to N orth China Instit u te of Technology ,Taiyuan,Shanx i 030008,China )Abst ract :U tilized short g lass fiber ,ABS resi n w hich w as regarded as m a i n ra w m aterial w as enhanced .M ak i n g use of the conc l u si o n about the i n fluence o f the extrusion processi n g conditi o ns on m echan ica l property and flo w ab ility o f short g lass-fi b er re i n f o rced ABS ,ex trusion te m perature of 225e and scre w revo lution speed if 60r/m i n w as chosen in this paper.The experi m ent starti n g w ith filling a prescription and study i n g ,the i n fl u ent of the d ifferent content o f t h e g lass fi b er on m echan ica lproperty ,fl o wability and ther m ostable property of the co m-posite w as stud ied in deta il in this paper.It is sho wn t h at as contents of g lass fiber increased,the tensile streng th and ther m ostab le property o f the co m posite is i m proved.It is a lso sho w n that notch i m pact and unnotch Char py i m pact streng th ,M ER and t h e e l o ngation a t break of the co m posite is decreased as contents o f g lass fi b er i n -creased .K ey w ords :Coupli n g agen;t G lass fiber rei n forced ABS;M echan ica l property ;MFR VST #78#山西师范大学学报(自然科学版) 2005年。