通过对热塑性树脂进行增强纤维改性,并对增强纤维表面改性可以制备纤维增强热塑性树脂基复合材料。由于热塑性复合材料具有较高的环境料改性等工作。
稳定性、高强度、可回收性等优点,因此,受到日益广泛的关注,其中短纤维增强热塑性复合材料已商品化,应用广泛。随着工业的发展,对复合材料的性能要求越来越高,短纤维增强热塑性复合材料的应用受到一定的限制。
长玻璃纤维增强热塑性塑料(LGFRT)是近年来市场份额增长*快的一类高性能复合材料,具有刚度和强度高,耐热性、抗蠕变性、尺寸稳定性优良,以及使用寿命长等优点,在汽车等工业中获得较多应用。国内市场上LGFR丁主要以长玻璃纤维增强聚丙烯(PP/LGF)和长玻璃纤维增强尼龙(PA/LGF)为主,其中PP/LGF市场的60%份额,PA/LGF占30%左右,其他,如长玻璃纤维增强聚甲醛(POM/LGF)、长玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK/LGF)等约占10%.中有关连续长玻璃纤维增强聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的报道较少。笔者使用改进的双螺杆挤出机制备连续长玻璃纤维增强的PBT复合材料,并考察了原材料、工艺条件等对复合材料性能的影响。
2.2挤出工艺条件对长玻璃纤维增强PBT复合材料生产的影响在长玻璃纤维浸溃增强PBT复合材料的实验中,浸溃效果与温度关系较大,对牵引速度不敏感,参见表1.当挤出浸溃机头温度低于200C时,PBT熔体的黏度较大,很难浸溃玻璃纤维,勉强挤出后包覆在玻璃纤维外,如套管一样;当浸渍机头温度升到220 C时,挤出较正常,PBT熔体对玻璃纤维部分浸渍,玻璃纤维束中心部分未被浸渍;当浸渍机头温度升到240C时,PBT熔体的黏度较低,玻璃纤维浸渍效果较好,挤出正常;当浸渍机头温度升到260C时,挤出浸渍也正常,但挤出时间稍长后,颗粒表面发暗,有黄线,熔体有发泡现象。
这可能是PBT部分降解。
表1挤出工艺对长玻璃纤维增强PBT复合材料浸渍的影响序号挤出机头温度/C切粒牵引转速/Gmir挤出浸渍情况不正常,断条,包覆明显,玻璃纤维未被树脂浸润正常,偶尔断条,中心部分玻璃纤维未被树脂浸润正常,玻璃纤维基本被浸润正常,偶尔断条,玻璃纤维基本被浸润正常,玻璃纤维基本被浸润2.3原材料及切粒对长玻璃纤维增强PBT复合材料性能的影响在长玻璃纤维增强PBT生产中,影响复合材料的因素较多。原材料及切粒等对复合材料性能的影响比较大,参见表2.由表2中1和2对比可见:选用黏度为1.0dL/g的PBT基料的复合材料的性能比选用黏度为0. 8dL/g的PBT基料的好,表明黏度高、相对分子质量大的PBT能提高复合材料的性能。由表2中2和3对比可见:将复合材料的粒长从1015mm降到35mm后,材料性能下降。当切粒长为35mm后,长玻璃纤维增强PBT复合材料中玻璃纤维的长度也会被限制在35mm.这与短玻璃纤维增强PBT复合材料的趋于一致。表2中4是将PBT引入水分,相当于IBT含水率较高时的情况。与2相比,材料的性能,尤其是冲击强度下降非常大,复合材料很脆,复合材料中PBT树脂降解严重,因此,生产中应严格控制原料的含水率。表2中5是引入质量分数为5%的增韧剂的的复合材料。与2相比,复合材料的强度模量略有下降,但冲击强度有所提高。
表2原料及切粒对长玻璃纤维增强PBT复合材料性能的影响序号添加变量2%水分5%增韧剂玻璃纤维的质量分数/(%)拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/MPa冲击强度/(k m-2)(无缺口)2.4注塑工艺条件对长玻璃纤维增强PBT复合材料性能的影响复合材料中玻璃纤维的长度影响复合材料制品的性能。长玻璃纤维增强PBT复合材料在注塑过程中,因为注塑剪切造成玻璃纤维长度变短,造成复合材料性能的变化。
一38一注塑工艺对长玻璃纤维增强PBT复合材料性能的影响,参见表3.从表3可见:在增强PBT常用的注塑温度下成型,复合材料性能波动不大;在相同注塑温度下,较低的注塑压力形成的剪切小,复合材料的性能略好;在相同的注塑压力下,240C下成型的复合材料性能略好,260C下PBT树脂会产生部分降解。在实验中发现:高温注塑时严重。因此,在实际应用中,要求制品表面光洁,宜试样条表面较光滑,在240 C下,注塑间隔时间选用高温注塑,但高温注塑必须连续,中间间隔时间20min后,注塑料颜色变化不大;而在260 C下,注不能太长。
塑时间间隔20min后,注塑料颜色发暗,注嘴流料表3注塑工艺对长玻璃纤维增强PBT复合材料性能的影响序号注塑工艺拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/MPa冲击强度/(km-2)(无缺口)3结论在普通双螺杆端头增加了强化熔体树脂对长玻璃纤维浸润的带凹槽的对辊元件,实现了连续长玻璃纤维增强PBT复合材料的制备。
连续长玻璃纤维增强PBT复合材料在240260°C、中等牵引速度下,挤出造粒效果*好,其中挤出加工温度对复合材料的生产影响明显。
PBT树脂的黏度越大,切粒长度越长,越有利于复合材料性能的提高;水分对复合材料性能影响明显,生产中必须控制原材料的含水率。
在增强PBT常用的注塑温度下成型,复合材料性能波动不大;高温高压注塑的制品表面更光洁;在260C的注塑温度下,复合材料长时间停留在机筒内会出现一定程度的降解。