长玻纤增强聚丙烯复合材料性能研究

采用熔体浸渍包覆长玻璃纤维装置制备了长玻纤增强聚丙烯(PP/LFT)复合材料,通过双螺杆挤出机制备了同等配比的短玻纤增强聚丙烯(PP/SFT)复合材料。研究了增容剂含量、预浸料颗粒长度以及加工工艺对玻纤增强聚丙烯(PP/GF)复合材料力学性能的影响。结果表明:PP/LFT复合材料的力学性能明显优于PP/SFT复合材料,其拉伸强度及缺口冲击强度分别可达115.0 MPa和42.4 kJ/m~2;增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)的加入明显改善了GF与PP间的界面黏结强度,进一步提升了复合材料的力学性能,相比之下,增容剂对PP/SFT复合材料的性能提升效果更为明显;提高预浸料颗粒长度有利于复合材料纤维保留长度和力学性能的提升;适度提高加工温度,可进一步提高浸渍效果和复合材料的力学性能。     

玻璃纤维/聚丙烯复合纤维纱拉挤成型过程

采用复合纤维纱拉挤制备连续玻璃纤维增强聚丙烯(GF/PP)热塑性型材,研究了复合纤维纱中PP树脂浸渍连续GF过程。以达西定律为理论基础,研究了影响径向浸渍速率的渗透率、压力、树脂流体黏度等参数随着纤维体积分数、拉挤成型模具结构参数、复合纱物性参数、成型温度的变化。在自主设计的试验线上制备了不同模具结构参数、不同成型温度下的拉挤型材样条,测试其孔隙率和机械性能,并对成型制品断面进行形态观察。实验结果的规律与理论模型分析相符,结果表明:在GF/PP复合纱拉挤过程中,在入模处对纱线施加张力有利于制品的浸渍均匀性;200℃～220℃的成型温度最有利于树脂的流动浸渍;成型模具热熔区壁面倾角对树脂向纤维束内部的浸渍过程是必要的。     

连续玻璃纤维增强聚丙烯复合板材的性能研究

利用熔融浸渍工艺制备了单向连续玻璃纤维增强聚丙烯(PP)预浸带,将其制成编织物后,采用层压成型工艺成功制备了连续玻璃纤维增强PP复合板材.考察了预浸带的浸渍效果,分析了取样方向和编织物层数对复合板材力学性能的影响规律.结果显示,预浸带具有良好的浸渍效果,当预浸带编织物层数为5层时,复合板材综合性能最佳.     

连续纤维增强PEEK预浸带制备中的纤维分散

熔融浸渍工艺制备连续纤维增强PEEK预浸带 ,要求纤维束必须预分散以获得浸渍效果较好的预浸带。本文利用纤维分散装置使纤维分散 ,发现纤维束的总包覆角为 2 70°、纤维张力为 2 5N时 ,纤维可被较好地分散 ;过高的总包覆角和纤维张力容易使纤维磨损程度加剧。     

PP-g-MAH预浸渍玻璃纤维毡对GMT界面改性的作用

采用含有马来酸酐接枝聚丙烯(PP–g–MAH,简称MPP)的聚丙烯(PP)树脂对玻璃纤维(GF)毡预浸渍,进行增强体改性,通过直接浸渍工艺、增强体预浸渍工艺、累加浸渍工艺等不同工艺制备GF毡增强PP热塑性复合材料(GMT)。对不同工艺制备的GMT界面形态进行了扫描电子显微镜分析,并测定了预浸渍处理后GF的疏水性,研究了预浸渍工艺中MPP的用量对GMT拉伸、弯曲、冲击等力学性能的影响。结果表明:采用含MPP的PP树脂进行增强体预浸渍改性的方法,改性树脂对GF的包覆效果良好,经预浸渍改性法处理的GF,其疏水性增强;并可以获得与PP/MPP改性树脂直接浸渍GF毡时相似的界面改性效果和相近的GMT力学性能;样品界面改性效果相近的情况下,增强体预浸渍改性方法所需的MPP用量明显少于改性树脂直接浸渍时的用量。     

粉末浸渍长玻璃纤维增强聚丙烯的注塑

采用粉末浸渍的方法制备连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸料,经切割获得长纤维增强聚丙烯粒子,探索了材料的注塑工艺,研究了注塑后材料的力学性能及其影响因素。结果表明,粉末浸渍的长纤维增强聚丙烯经注塑后可获得力学性能的制品;随着预浸料切割长度的增长、纤维含量的增加,材料的力学性能提高;在基体聚丙烯中添加接枝极性基团的功能化聚丙烯,可改善体系的界面结合,提高材料的力学性能,但功能化聚丙烯的含量超过一定值后,材料的冲击强度有所下降;控制注塑时的模具温度,可以改变材料的一些力学性能。     

热塑性树脂熔融浸渍连续纤维装置

研制开发了一套热塑性树脂熔融浸渍连续纤维的小型装置,该装置主要包括分丝系统、浸渍系统和上光系统等部分,其特点是利用柱状辊系分散和浸渍纤维束,利用该装置可制备纤维质量比在30％－60％的连续纤维（碳纤维,玻璃纤维）增强热塑性树脂（聚丙烯、尼龙等）基预浸带。本文对浸渍装置的设计和工作原理进行了分析说明。     

聚丙烯树脂熔融浸渍连续玻璃纤维毡过程的研究

通过将聚丙烯熔体对玻纤毡的浸渍过程分成束间浸渍（熔体在纤维束之间的流动）和束内浸渍（港体在纤维束内部的流动）两个过程建立数学模型进行分析，指出熔体在纤维束内部的浸渍过程是实际浸渍过程的难点。提高熔体在纤维束内部的浸渍的主要手段是：适当延长浸渍时间、适当升高体系温度、增加纤维束内部的孔隙率、适当增加单丝直径、减少纤维束直径和减少熔体在纤维束内部的流动路径。但升高温度和提高浸渍压力对浸渍过程的影响相对较小。     

连续纤维增强热塑性预浸料制备工艺与发展趋势

总结了国内外连续纤维增强热塑性预浸料的主流浸渍及成型工艺,包括热熔法、溶液浸渍、粉末浸渍、薄膜堆叠、混编法、原位聚合等,对比了不同工艺在原料、设备、加工流程等方面的优缺点,并对热塑性预浸料成型模具的设计与应用进行了讨论;同时,阐述了热塑性预浸料的发展现状,介绍了更加轻量化的浸渍技术以及包括三维连续编织技术在内的多样化的热塑性预浸料制备方式;最后,对连续纤维增强热塑性预浸料制备工艺未来的发展方向进行了分析和展望。     

混杂增强型聚丙烯的改性研究

以不同用量的玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、硅灰石、滑石粉为填料,通过熔融共混制备了混杂纤维增强聚丙烯(PP)基复合材料,并研究了填料质量比(GF/CF、硅灰石/滑石粉、纤维/无机填料)对增强PP复合材料微观形貌及力学性能的影响。结果表明:PP中加入GF及CF后,其拉伸强度和冲击强度显著提高,断裂伸长率则降至10%左右;PP中加入硅灰石和滑石粉后,其拉伸强度基本不变,冲击强度大幅提升,而断裂伸长率仅略有提高;当纤维(GF/CF)与无机填料(硅灰石/滑石粉)的质量比为35/5时,可得到具有最优综合力学性能的改性PP复合材料。     

熔融浸渍工艺参数对纤维束渗透率影响的研究

在连续长纤维增强热塑性复合材料浸渍模型中,渗透率是一个十分重要的参数。准确测量熔融浸渍工艺中高黏度树脂熔体浸润纤维束的渗透率,有助于浸渍模型更好指导熔融浸渍模具设计和工艺参数优化,制备出性能优异的热塑性树脂基复合材料。本文通过自制实验装置,测定了熔融浸渍工艺中高黏度树脂浸渍单向纤维束时纤维束张力和浸渍压力变化对渗透率的影响,根据实验结果拟合出工艺参数与渗透率关系的计算公式。结果表明：纤维束张力越大渗透率越低;浸渍压力越大,纤维束渗透率越大,但增大幅度随张力增大而降低。     

连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制备过程中纤维束分散分析

熔融浸渍工艺制备连续纤维增强热塑性树脂基复合材料,要求纤维束必须预分散以提高纤维的浸渍度。本文利用柱状分散装置使纤维分散,通过受力分析及数值崐计算,发现纤维束在柱状分散辊中的包覆角接近３００°时,可被较好地分散,但过高的包覆角容易损伤纤维。实验结果与理论分析基本一致。利用聚丙烯对上述纤维束进崐行熔融浸渍,获得了浸渍状态良好的复合材料。     

长玻纤增强聚丙烯复合材料制备工艺的优化

以连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料为研究对象,在热塑性树脂熔融状态下浸渍纤维的理论模型基础上,开发了连续纤维增强热塑性复合材料实验装置,并对制备得到的预浸条进行了性能评价。结果表明,纤维束在浸渍机头中的停留时间、温度以及树脂基体等都影响到试样的层间剪切强度和力学性能,并在此基础上对制备工艺进行了优化。     

连续碳纤维增强聚乳酸复合材料的研究

采用自行设计组装的熔融浸渍流水线,以聚乳酸(PLA)为基体,连续碳纤维(CF)为增强体,制备连续碳纤维增强聚乳酸(CCF/PLA)预浸带。研究了加工温度、张紧力、牵引速度以及纤维含量对预浸带拉伸强度的影响。结果表明:在实验范围内,加工温度为220℃、张紧力为11 N、牵引速度为4 r/min时,预浸带拉伸强度最高,且拉伸强度随加工温度及纤维含量升高而增大。     

玻纤增强聚丙烯复合材料性能研究

研究了玻纤(GF)、SEBS和聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)用量对GF增强聚丙烯复合材料性能的影响,以及PP/GF(65/35)、PP-g-MAH/PP/GF(15/65/35)的微观形态。结果表明:随着GF用量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量增加,断裂伸长率降低,冲击强度先减小后增大,PP/GF复合材料断面呈脆性断裂;在PP/GF中添加增韧剂SEBS可以提高复合材料的冲击强度,但拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弯曲模量均减小;在PP/GF中添加增容剂PP-g-MAH,可使其拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度均得到提高,当PP-g-MAH/PP/GF为15/65/35时,复合材料性能优异,材料断面呈韧性断裂。     

聚丙烯挤出增强结构发泡成型的研究

通过加入高熔体强度聚丙烯(HMSPP)、低密度聚乙烯(LDPE)及(乙烯/丙烯/二烯)共聚物(EPDM)对聚丙烯(PP)进行共混改性,提高其熔体强度;并在此基础上,以玻璃纤维(GF)改性PP母粒对PP进行增强,使用单螺杆挤出机获得了PP挤出增强结构发泡制品.重点分析了PP挤出增强结构发泡中HMSPP、LDPE、EPDM、GF改性PP母粒含量及工艺参数对PP挤出增强结构发泡制品的影响.结果表明,当PP为100份、LDPE为15份、EPDM为5份、GF改性PP母粒为15份,机头温度160℃,螺杆转速20 r/min,机头压力12.5 MPa时,能获得较好的PP增强结构发泡制品.     

玻纤增强共聚聚丙烯高性能化的研究

利用韧性优良的共聚聚丙烯(PPR)作为增强基体,通过玻纤(GF)与PPR制备高性能PPR/GF复合材料,研究了流动改性剂、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和玻纤的含量以及挤出次数对PPR/GF复合材料结构与性能的影响.结果表明:自制的流动改性剂可大幅增加PPR/GF的熔体质量流动速率,流动性可适用于注塑工艺;PP-g-MAH增加了PPR基体与GF之间的界面相互作用,提高PP/GF复合材料的力学性能;随玻纤含量增加,PP/GF复合材料的拉伸强度和模量大幅增加,缺口冲击强度和断裂伸长率有所降低,但材料的韧性仍保持较高水平,所制备PPR/GF/PP-g-MAH共混材料的性能与ABS相当,可替代ABS工程塑料作为结构件使用;多次挤出加工会降低PPR/GF复合材料中玻纤的平均长度和材料的力学性能.     

吸水对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能影响的研究

采用连续玻璃纤维增强聚丙烯(PP)预浸布制备复合材料层压板,通过人工加速老化的方法,对不同铺层的连续玻璃纤维增强PP复合材料进行常温、60℃、80℃的海水浸泡实验,研究连续玻璃纤维增强PP复合材料的弯曲强度随老化时间、老化温度等因素的变化规律及性能退化趋势。研究表明,老化初期吸水趋势符合菲克扩散,老化程度与时间和温度成正比关系。对试样断裂部分拍摄扫描电子显微镜(SEM)图像,观察不同环境条件下样品老化情况,老化温度越高、时间越长,增强纤维与树脂基体界面腐蚀越严重。     

值得关注的预浸料市场

预浸料是用控制量的树脂(热固性或热塑性)浸渍纤维或织物后形成的中间材料。浸渍技术有溶剂浸渍、热熔体浸渍、粉末浸渍等。预浸料可以"B阶"状态或部分固化后储存。预浸带或预浸布用于手糊、自动铺带、自动铺纤或某些缠绕成型工艺中。单向预浸带(所有纤维平行)是最常见的预浸料形式,它们提供单向增强。机织布及其他平面织物预浸料提供二维增强,它们一般成卷销售。还有用纤维预成型体和编织物制成的预浸料,它们提供三维增强。     

玻璃纤维增强煤基抗冲共聚聚丙烯的性能

采用双螺杆挤出共混法制备了短玻璃纤维(GF)改性聚丙烯(PP)2240S的共混物,通过力学性能分析测试、扫描电子显微镜表征、熔体流动速率测试和熔融结晶分析等研究了改性体系的力学性能、显微结构、加工流动性和结晶性能等。结果表明,当GF添加量为30%时,复合体系的弯曲强度、弯曲弹性模量、拉伸强度等较纯PP分别提高约112%,269%和108%,但GF与基体粘结力弱导致冲击强度没有提高;为进一步改善界面作用力,以5%马来酸酐接枝聚丙烯作相容剂,相同GF添加量下PP的弯曲强度达86.99 MPa,弯曲弹性模量达5073 MPa,拉伸强度达78.5 MPa,简支梁缺口冲击强度达14.78 kJ/m2,比纯PP的相关指标分别提高约161%,302%,190%和131%,GF与PP界面粘结力增强,PP的力学性能随GF含量的递增而大幅提高。但GF降低了PP的熔体流动速率,并且体系的结晶温度基本未变,结晶度降低,可能与未产生界面横晶有关。