长玻纤增强PET工程塑料.doc

玻纤增强PET工程塑料的生产设计 张攀 (湖南科技职业学院, 湖南 长沙 410118)摘要 :利用实验室自主开发的在线混合长玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料生产设备，制备了长玻璃纤维增强PET (LFT-PET);并与双螺杆挤出机制备的短玻璃纤维增强PET(SFT-PET)进行了力学性能对比。结果表明:LFT-PET的各项力学性能显著优于SFr-PET，在玻纤质量分数同为30%时，LFT-PET的拉伸强度为SFr-PET的1.5倍，弯曲强度为SFT-PET的1.4倍，冲击强度为SFr-PET的3倍。关键词:长玻璃纤维;增强;PET;力学性能StudyofPropertyofLongGlassFiberReinforcedPETEngineeringPlasticsZHANG Pan (Hunan vocational college of science and technology, Hunan Changsha 410118, China)Abstract :Long glass fiber reinforced P ET(LFT-PET) e ngineering p lastics was perpared by a self-developed on-line plastics processing equipment, and the mechanical properties of LFT-PET were compared with those of the short glass fiber reinforced PET (SFT-PET) prepared with double screw extruder. The results showed all of the mechanical properties of LFT-PET was better than those of SFT-PET. When both of the mass fractions of the glassfibers was 30%，the tensile strength，bending strength and impact strength of LFT-PET were 1.4，1.5 and 3 timesof those of SFT-PET respectively.Keywords:Long Glass Fiber;Reinforcement;PET;Mechanical Porperties.PET工程塑料是当今世界上PET非纤应用领域活跃的研发热点之一。作为工程塑料，PET 具有优异的热稳定性、耐化学药品能力、电性能等综合性能在汽车、电器等领域得到广泛应用。尤其是近年来由于PET具有较高的性价比使其在轿车用塑料中所占比例不断增加。但目前商品化的短玻纤增强PET在冲击性能等方面仍显不足，因此短玻纤增强PET复合材料的应用受到限制。 目前，生产长纤维增强塑料(LFT)主要采用熔拉挤工艺，可以避免纤维的断裂，但是由于树脂融浸渍玻纤的需要，牵引速率低，引起生产效率低，成本高。作者利用自主开发的在线混合长玻纤增强热塑性树脂复合材料ILC-LGF-TP生产设备，制备了长玻纤增强PE(LFT-PET)树脂，并与双螺杆挤出机制备的短玻璃纤维增强PET (SFT-PET)进行了力学性能对比 。 1 实验部分1.1 主要原料及设备PET: 特性豁度为0.7dl/g，台湾远东;玻纤(GF ):合股无捻粗纱930，浙江桐乡巨石集团;抗氧剂:1010, 168, Ciba-Geigy公司。双螺杆挤出机:MAPER-25型，卢森堡Gauder公司;在线混合设备:实验室自主开发;注塑机:TI-80型，东华机械厂;干燥箱:WG100A型，上海亿达华试验仪器有限公司;万能试验机:CMT4204型，深华试验仪器有限公司;万能试验机:CMT4204型，深华试验仪器有限公司;万能试验机:CMT4204型，深型，北京承德试验机厂。 1.2 长玻纤增强PET树脂的制备 挤出温度设定160一285。将充分干燥的树脂基体(包括PET、适量的界面改性剂和抗氧剂)从加料口加人到在线混合设备中，先进行塑化。然后，玻纤从中间加料口引人，与熔体混合挤出。挤出物料经过冷却，切成长10 mm长的粒子。1.2 短玻纤增强PET树脂的制备将PET粒料在150烘箱中干燥8h，连同抗氧剂等从双螺杆挤出机主加料斗加人。挤出机温度设定范围160一285，螺杆转速为160 r/min，加料螺杆转速30 r/min。挤出物经水冷、牵引拉伸用切粒机造粒。1.3 PET树脂中玻纤质最分数和长度的测试玻纤质量分数测试采用灰分法。称量柑祸的质量，记为MO，然后将LFT-PET或SFT-PET放人柑涡中，称量质量，记为MI。将柑塌和试样在600的马弗炉中焙烧6It，此时柑涡中只剩余玻纤。取出增涡，在干燥塔中冷却，然后称量钳塌质量，记为M20由式(1)进行GF质量分数的计算。玻纤长度测试方法如下:将少量培烧后的玻纤放人有机硅烷的水溶液中，缓慢搅拌，使其完全分散，形成玻纤悬浮液。然后将悬浮液倾倒在黑色的光学级塑料板上，使玻纤均匀分散。用光学放大为10倍的数码相机获取玻纤图像。用图像分析软件进行玻纤图像的处理，得到玻纤长度和对应长度的GF数量，然后由式(2)进行GF数均长度的计算(一般玻纤数量控制在800根左右)。1.4 力学性能测。拉伸性能:按GB/T 1040-1992测定，弯曲性能:按GB/T 1042-1992测定，Izod缺口冲击强度: 按GB/T 1843-19%测定。测试温度23，相对湿度50%。2结果与讨论2.1 玻纤质盆分数对增强PET拉伸和弯曲强度的影响图1 玻纤用量对增强PET树脂拉伸强度和弯曲强度的影响Fig 1 Effectof massfr action of glass fiber on tensile strength andbending strength of reinforced PET增强 PE T树脂的力学性能一般随玻纤用量的增加而明显提高，但玻纤用量太大，难以加工，并且制品会有浮纤现象。工业生产中，玻纤的质量分数一般控制在50%以下。当玻纤质量分数达30%时，性能的提高趋于平缓。因此在权衡性能与加工两者的利弊后，通常将增强材料中玻纤质量分数控制在30%左右。笔者控制玻纤质量分数在35%以下，考察了玻纤用量对增强PET树脂拉伸和弯曲性能的影响，结果见图1。由图 1可以看出，随着玻纤用量的增加，PET树脂的拉伸强度线性增加。在玻纤增强PET复合材料中，玻纤起着骨架结构式的增强作用，同时，玻纤与PET之间的作用力还可以促进PET基体树脂的结晶，起到成核剂作用，因此，玻纤用量的增加可以大幅度地提高增强PET的拉伸强度。同时，从图1中还可以看出，随着玻纤用量的增加，LFT-PET的拉伸强度增加幅度明显高于SFT-PET。在玻纤质量分数同为15%时，SFT-PET的拉伸强度为71 MPa，而LFT-PET则高达101 MPa，是SFT-PET的1.4倍;当玻纤质量分数同为30%时，SFT-PET的拉伸强度为95 MPa，而LFTPET更高达144 MPa，增加为SFT-PET的1.5倍。可见，长玻纤增强PET的增强效率显著优于短玻纤。 通过测定 ，LFT-PET的玻纤长度平均为1.42m m,SFT-PET的玻纤长度平均为0.47 mm。玻纤长度对复合材料强度的贡献可以从两个方面来理解:一方面是在玻纤长度小于临界长度情况下，随着玻纤长度的增加，玻纤与树脂的界面面积增大，复合材料断裂时，玻纤从树脂中抽出的阻力加大，从而提高了承受拉伸载荷的能力。另一方面，玻纤长度的增加可能使部分玻纤的长度达到临界长度，当复合材料断裂时伴随着更多玻纤的断裂，同样使承受拉伸载荷的能力提高。从图1还可以看出，增强PET的弯曲强度随着玻纤用量的增加也近似线性增加，长玻纤增强效率仍然显著优于短玻纤。在玻纤质量分数同为巧%时，SFTPET的弯曲强度为114 MPa，而LFT-PET则高达150MPa，是SFT-PET的1.3倍;当玻纤质量分数同为30%时，SFT-PET的弯曲强度为150 MPa，而LFT-PET更高达209 MPa，增加为SFT-PET的1.4倍。在承受弯曲载荷的情况下复合材料承载面受压，背面受拉，弯曲性能对玻纤长度的依赖关系与拉伸性能的情形基本一致，所以对增强效率的影响基本一致。2.2 玻纤质f分数对增强PET冲击强度的影响图 2为玻纤用量对增强PET树脂冲击强度的影响。从图2可以看出，对于SFT-PET，玻纤用量对冲击强度的影响很小，即使玻纤质量分数高达35%,冲击强度也仅有少量增加;而对于LFT-PET，冲击强度则随着玻纤含量的增加显著增加，玻纤质量分数为图2 玻纤用量对增强PET树脂冲击强度的影响Fig 2 Efect of mass fraction of glass fiber on impact strengthof reinforced PET30%的LFT-PET的冲击强度高达184 J/m，是基体树脂PET (34 Put)的5.4倍，是同玻纤质量分数的SFT-PET (60 J/m)的3倍。在冲击载荷作用下，较长玻纤的抽出或断裂可吸收大量冲击能，从而使复合材料的冲击强度明显提高。另外，玻纤的端部是裂纹增长的引发点，长玻纤端头数量相对较少，也使冲击强度提高。因此，在玻纤含量相同时，LFT-PET冲击韧性远远优于SFT-PET.结论通过 实 验 室自主开发的在线混合长玻纤增强热塑性树脂复合材料生产设备，成功地制备了长玻璃纤维增强PET (LFT-PET)。与双螺杆挤出机制备的短玻纤增强PET (SFT-PET)力学性熊对比结果表明:LFTPET的各项力学性能显著优于SFT-PET，在玻纤质量分数同为30%LFT-PET的拉伸强度为SFT-PET的1.5倍，弯曲强度为SFT-PET的1.4倍，冲击强度为SFT-PET 的3倍。参 考 文 献1 赵均河南化工，2002 , (5): 12 XanthosM .PlastEng,2 000,( 1):393 YanW X,HanK Q ,QinLL ,etal.J Appl Polym Sci,2 004,91 : 39 594 裴运同，杨军忠，李德文等.中国塑料，2003, 5 何曼君.