熱塑性復(fù)材片材的研究與應(yīng)用

kinwdc · 發(fā)表于 2003-12-19 14:08:14

玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合片材的研制和應(yīng)用 l 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—l/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期存放等優(yōu)點(diǎn)，是低能耗、無環(huán)境污染的綠色環(huán)保材料，是現(xiàn)今國際上極為活躍的復(fù)合材料開發(fā)品種，有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域，銷售量逐年增長。 采用不同的玻纖氈和不同的熱塑性樹脂可以得到不同性能和價格的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．l制備中的關(guān)鍵技術(shù) 樹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。聚丙烯等熱塑性樹脂，熔體粘度很大，對玻纖氈的浸漬十分困難，為實現(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，必須對聚丙烯基材進(jìn)行選擇和改性。 2．2．l聚丙烯基材的選擇 在選擇聚丙烯時，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，有較低的熔融粘度，使其能比較容易地滲入玻纖氈和浸潤玻纖，并在片材在進(jìn)行二次甚至多次的熱成型加工時有良好的工藝流動性。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，選擇了新研制的聚丙烯，它流動性好，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（通過化學(xué)反應(yīng)引入；與樹脂基體有良好相溶性；對玻纖中偶聯(lián)劑有結(jié)合力；能滲透的特種極性基團(tuán)，見圖1。） 聚丙烯的力學(xué)性能與它的結(jié)晶度及球晶大小有關(guān)。低結(jié)晶聚丙烯性能差，當(dāng)結(jié)晶度達(dá)到70％時其力學(xué)性能、剛性和耐熱性等均明顯提高。 改性后的聚丙烯增加了結(jié)晶度，流動性和滲透性，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玻纖界面?zhèn)鬟f載荷的能力，使樹脂能有效地將應(yīng)力傳遞給模量和強(qiáng)度高得多的玻璃纖維，使樹脂對玻纖有良好滲透性和結(jié)合力。 2．3玻纖氈的選用及處理 國外GMT片材中的玻纖氈是玻纖公司專為熱塑性樹脂復(fù)合而開發(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)下聚丙烯樹脂的浸潤。而國內(nèi)供應(yīng)熱塑性樹脂增強(qiáng)的針刺氈尚不成熟。我們將選用的國產(chǎn)玻纖氈，經(jīng)過燒融，偶聯(lián)等予處理。引進(jìn)的偶聯(lián)劑一端與樹脂基團(tuán)結(jié)合，另一端與玻纖結(jié)合，就象一個個錨或釘子把樹脂與玻纖牢固地結(jié)合，能較好地充分浸潤。 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。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，它是用熱塑性樹脂熱熔冷凝的性能，在熱融熔態(tài)時設(shè)法使高粘度樹脂用特殊工藝手段并通過優(yōu)化工藝參數(shù)使其透過界面，充分滲誘到玻纖氈中，即將二層玻纖氈層合在三層樹脂中，冷即后即成GMT片材。 3 性能對比 3．I GMT材料性能 玻纖氈增強(qiáng)聚丙烯片材性能比較見表1。 表1 不同含量玻纖氈增強(qiáng)聚丙烯片材的性能 性能 20％氈 30％氈 40％氈 拉伸強(qiáng)度，MPa 69.3 72.2 81.2 彎曲強(qiáng)度，MPa 90.0 109 127 彎曲模量，GPa 4.33 4.45 5.47 沖擊強(qiáng)度，kj/m2 50 60.1 71.3 缺口沖擊強(qiáng)度，J/m 669 775 1466 熱變形溫度，℃ 162 166 173 相對密度 1.05 1.12 1.18 3．2 老化性能 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)國家相應(yīng)材料性能比較 本研究材料與發(fā)達(dá)國家相應(yīng)材料性能比較見表2。 本研究開發(fā)的融熔法聚丙烯GMT系列產(chǎn)品性能與美國PPG PM系列產(chǎn)品和 Symalit系列產(chǎn)品性能相當(dāng)或略高，達(dá)到美國Chrysler車輛工程材料標(biāo)準(zhǔn)。 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)動機(jī)罩搭扣及保險杠固定點(diǎn)等集于一體，可取代多個金屬部件，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)升級換代用材料。 表2 國內(nèi)外相應(yīng)的聚丙烯GMT材料性能比較 玻纖氈含量 密度 g/cm3 拉伸強(qiáng)度 MPa 彎曲模量 MPa 沖擊強(qiáng)度 熱變形溫度℃ J/m kj/m2本研究 20% GMT片材 30% 40% 1.04 1.11 1.19 64.9 76.9 90.2 3960 4520 5530 671 775 1470 54.9 63.5 77.2 159 163 168 美Chrysler車輛 材料標(biāo)準(zhǔn)30%氈 1.15± 0.05 ≥69 ≥3500 257-651 21-53 156 *30%氈GMTPP美Azdel產(chǎn)品 **PPG3242 20% **PM10300 30% **PM10400 40% 1.06557.0 55 73 97 3890 570 651 752 21156154 154 **Symalit公司 20% GMTPP 30% 40% 1.02 1.13 1.22 55 70 90 3500 4500 5500 　 45 55 75 149 153 156 表2中:*實測值,**資料報導(dǎo)值 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，新增利稅112萬，節(jié)約外匯50．6萬美元。最近，又開發(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。 GMT材料在國內(nèi)研制剛起步，本研究是國內(nèi)起步最早的GMT材料，在我國必將有巨大的市場。 5 結(jié)論 本研制的聚丙烯GMT片材，性能達(dá)到或略優(yōu)于發(fā)達(dá)國家同類材料性能，是一種輕量化和節(jié)能的新型結(jié)構(gòu)材料，將在汽車、建筑名種交通運(yùn)輸設(shè)備、集裝箱和其它工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

fullmark-yjh · 發(fā)表于 2003-12-22 12:52:25

好貼！ 發(fā)現(xiàn)你發(fā)的好貼不少??！

促進(jìn)劑 · 發(fā)表于 2003-12-22 13:57:48

[這個貼子最后由促進(jìn)劑在 2003/12/22 0202pm 第 5 次編輯] [em02] [em02] [em02]: kinwdc夠有專業(yè)精神!

soundsee · 發(fā)表于 2003-12-23 12:14:06

老大，最近是不是貼圖空間很豐富？連布什都成了你的發(fā)言人了。

促進(jìn)劑 · 發(fā)表于 2003-12-23 12:37:19

要是不夠只有再投資了!沒辦法!

kinwdc · 發(fā)表于 2003-12-23 16:51:45

[這個貼子最后由kinwdc在 2003/12/23 04:53pm 第 1 次編輯] 各位請不要這么說,小弟剛出道.平時喜歡一些比較實用和務(wù)實的文章.放上來和大家一起分享\\共勉.大家一起努力把這個網(wǎng)站辦好呀~~~

千江月 · 發(fā)表于 2004-2-19 09:17:19

現(xiàn)在武漢理工大學(xué)在做這方面的開發(fā)工作，已經(jīng)應(yīng)用的是汽車擋泥板。

FRP菜鳥 · 發(fā)表于 2004-4-7 15:38:06

錯了，國內(nèi)研究GMT較好的是華東理工大學(xué)

FRPBeetle · 發(fā)表于 2004-4-7 22:06:21

上海華馥好像是做這的，2003年復(fù)材展上記得有他們的產(chǎn)品展示。

soundsee · 發(fā)表于 2004-4-14 10:17:53

[這個貼子最后由soundsee在 2004/04/14 11:17am 第 1 次編輯] GMT本身就不是什么新東西，出來已經(jīng)很久了，尤其是在國外，很早就規(guī)?；a(chǎn)了，只不過國內(nèi)起步較晚。但現(xiàn)在都已經(jīng)商品化，很多企業(yè)都能做了。要說研究嗎？？可能是界面和相關(guān)熱塑性增強(qiáng)理論的研究了，說不上哪個學(xué)校歷害，只有等出了真正的成果時再評論吧！！