注塑成型长玻璃纤维/聚丙烯复合材料的冲击韧性

利用自行研制的连续纤维/热塑性树脂浸渍装置,制备了注塑成型用长玻璃纤维增强聚丙烯粒料。利用Charpy冲击试验,研究了界面相容剂(接枝马来酸酐聚丙烯)的用量、粒料长度等对注塑试样冲击韧性的影响。试验发现,随着接枝聚丙烯含量的增加,试样的冲击韧性显著提高。但当接枝聚丙烯含量达到一定程度时,冲击韧性反而下降。注塑试样的冲击韧性随长纤维粒料的长度增加和冲击试样模具的浇口尺寸变大而升高。对于平板材料,冲击试样所处的位置不同,其韧性也有较大的变化。试验还发现,退火处理可以有效地提高注塑试样的冲击韧性。      

熔体包覆法长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能

采用自行设计的熔体包覆模头制得长纤维增强聚丙烯粒料(LFG),研究了马来酸酐接枝聚丙烯(MPP)的含量、玻璃纤维的含量及长度等对长纤维增强聚丙烯(LGF/PP)力学性能的影响。通过注塑和压缩模塑两种成型工艺,比较纤维的损伤情况。结果表明,LGF/PP的力学性能随着MPP和GF含量的增加而增强;单螺杆挤出机挤出过程对纤维的损伤注塑过程更为严重。同时,由两者试样的断面扫描电镜图(SEM)可以得出,试样中纤维的浸渍和分散达到良好的效果。当MPP含量为8%左右,GF含量为30%~40%,LFG长度为12 mm,采用注塑成型可获得综合力学性能较好的LGF/PP制品。     

长玻璃纤维增强聚丙烯

采用自行研制的熔体浸渍包覆长玻璃纤维装置,制备了长玻纤增强聚丙烯(LFT-PP)复合材料。研究了玻纤含量(10%(质量分数,下同)、20%、30%、和40%)、预浸料粒料长度(3mm和18mm)及相容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)含量(2%、4%、6%、和8%)对长玻纤增强聚丙烯(LFT-PP)复合材料力学性能的影响。结果表明,长玻璃纤维增强聚丙烯(LFT-PP)的力学性能明显优于短玻璃纤维增强聚丙烯,当玻纤含量在30%时,拉伸强度达到50MP左右,冲击强度达到6kJ/m2左右,相容剂PP-g-MAH的加入增强了界面粘接强度,大幅度地提高了长玻纤增强聚丙烯(LFT-PP)复合材料的力学性能,当相容剂PP-g-MAH含量达到3%左右,其综合力学性能达到最佳值,拉伸强度达到100MP左右,冲击强度达到10kJ/m2左右。     

拉伸速度和制样方式对聚苯乙烯和聚丙烯拉伸性能的影响

研究了拉伸速度及制样方式对聚苯乙烯(PP)和聚丙烯(PS)材料的拉伸强度和断后伸长率的影响。结果表明:随着拉伸速度的增大,两种材料的拉伸强度均有所增加,而断后伸长率却呈现出不同的变化;PS注塑成型试样的拉伸强度和断后伸长率都明显高于压制成型试样,PP注塑成型试样的断后伸长率比压制成型试样的增加了69%,而拉伸强度几乎没有改变。     

纤维表面处理与基体改性对连续玻纤增强聚丙烯力学性能的影响

考察了连续玻纤的表面处理、基体的接枝改性及接枝单体的种类和接枝产物的加入量对连续玻纤毡增强聚丙烯(CGFRPP) 力学性能的影响, 并通过红外光谱、扫描电镜对CGFRPP 的界面化学作用及界面粘结进行了研究。结果表明, 马来酸酐接枝改性聚丙烯与未经偶联剂处理的玻纤不能形成有效的化学结合, 而与经硅烷偶联剂表面处理的玻纤可发生明显的化学作用, 形成良好粘结, 显著提高CGFRPP 的力学性能; 硅烷偶联剂的种类对以改性PP 为基体的CGFRPP 力学性能的影响不大; 马来酸酐接枝聚丙烯比丙烯酸接枝聚丙烯对CGFRPP 力学性能的改善更为有效。      

橡胶粒子对微发泡聚丙烯复合材料发泡行为与力学性能的影响

利用型腔体积可控注塑发泡装置制备微发泡聚丙烯(PP)/粉末橡胶复合材料,通过橡胶粒子的分散性以及复合材料的结晶行为,研究不同橡胶粒子对聚丙烯复合材料发泡行为和力学性能的影响。结果表明:橡胶粒子的加入使微发泡聚丙烯材料的泡孔分布细密而均匀,微发泡聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/粉末丁腈胶(PP/PP-MAH/NBR)复合材料的发泡质量较理想,其泡孔密度和尺寸分别为7.64×106个/cm3,29.78μm;综合泡孔结构和力学性能,微发泡聚丙烯/聚丙烯接枝马来酸酐/粉末羧端基丁腈胶(PP/PP-MAH/CNBR)复合材料的力学性能最优,与纯PP比较其冲击强度提升了2.2倍,拉伸强度仅仅降低了26%,是理想的微发泡复合材料。     

植物纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的研究

以聚丙烯（PP）、废瓦楞纸板制取的植物纤维为原料,采用马来酸酐接枝聚丙烯（MAH-g-PP）、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂为界面相容剂,研究了植物纤维增强PP复合材料的力学性能。结果表明：未添加界面相容剂时,随着植物纤维用量的增加,复合材料冲击强度急剧下降,弯曲强度和拉伸强度上升;添加界面相容剂MAH—g—PP后。当植物纤维的质量分数为30％时,复合材料的弯曲强度和拉伸强度均达到最大值;在MAH—g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂三者中,MAH—g—PP改善植物纤维与PP之间的界面相容性效果最佳;当MAH-g-PP添加质量为植物纤维添加质量的10％时,复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度及综合性能最佳。     

马来酸酐/丙烯酸丁酯双单体接枝聚丙烯

采用熔融法进行马来酸酐(MAH)和丙烯酸丁酯(BA)双单体接枝聚丙烯(PP)的研究。结果表明,在一定工艺条件下,仅添加一单体马来酸酐时,接枝率G在其加入量为4%(质量分数)时达到最大(0.65 mmol/g PP);马来酸酐添加量保持不变,接枝率随第二单体丙烯酸丁酯添加量增加而出现一极值(1.34 mmol/g PP),比一单体接枝聚丙烯的接枝率高出一倍,并高于文献值(0.36 mmol/g PP)。经红外光谱、热失重分析和差示扫描量热分析表明,马来酸酐、丙烯酸丁酯均与聚丙烯发生接枝反应,并且以短支链的形式连接在PP的主链上。     

聚丙烯粉紫外光接枝马来酸酐工艺参数对接枝率的影响

聚丙烯（PP）表面呈惰性，不利于与增强纤维的粘合，为了提高PP与增强纤维的界面强度，以丙酮为界面剂、高压反应釜为接枝反应发生器，采用固相紫外光接枝法在PP法表面接枝马来酸酐（MAH），研究了MAH含量、反应温度、光照时间、搅拌速率对接枝率的影响。研究结果表明，接枝MAH时，MAH含量为2．5％、反应温度30℃、光照时间3min时的接枝率最高，而搅拌速率则对接枝率的分散性影响较大。     

茶生物质/聚丙烯复合材料的制备与性能研究

为高值化利用茶产业剩余物资源,以废弃茶生物质(Tea biomass,TB)为填料,聚丙烯(Polypropylene,PP)为基体,采用密炼-注塑工艺制备了TB/PP复合材料,考察了茶生物质填料种类、处理方式及其添加量对复合材料结构、形态及性能的影响。实验结果显示,以茶树枝为生物质填料制备的复合材料力学性能最佳,茶梗次之,茶叶最差;茶梗填料经水煮和马来酸酐接枝聚丙烯增容处理后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量及弯曲模量分别提高了23.4%、9.0%、16.9%和13.9%。SEM图片显示茶梗填料与基体界面相容性提高。随茶梗填料用量的增加,复合材料的拉伸模量、弯曲模量逐渐增大,而拉伸强度及断裂伸长率缓慢下降,吸水率增加,热性能得到改善。当TS添加量为30%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度比PP减小7.3%,但弯曲强度、弯曲模量及拉伸模量则分别提高11%、86.1%和54.7%。浸水80h后吸水率为0.89%。     

粉末浸渍长玻璃纤维增强聚丙烯的压缩模塑

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,采用单螺杆挤出机挤出形成模塑料,探索了模塑料的压缩模塑成型工艺,研究了成型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压缩模塑后可获得力学性能优良的制品;随着预浸料切割长度的增大、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;适当提高模具温度、模塑料温度及成型压力,可以提高材料的力学性能。     

Mechanical property and hydrothermal aging of injection molded jute/polypropylene composites

This study discussed the effects of jute fiber content and hot water immersion on the tensile properties of jute fiber reinforced polypropylene (PP) composites. The jute/PP composite with different fiber contents was molded by injection molding by dry-blending of jute/PP and neat PP pellets in various mix ratios. Firstly, the quasi-static tensile test was performed. Then the specimens were aged in hot distilled water at 80 °C. After the fixed periods of aging, the changed weight and the tensile properties were investigated. It is found that with the increase of the jute fiber content, the tensile modulus is increased lineally. However, referring to the tensile strength, it is increased firstly followed by a decreased when the jute weight percent is over 30. Additionally, it is found that the weight gain by water absorption was significantly affected by the fiber content. The specimens with the jute fiber content of or over 30 wt% absorbed water easily and significant material loss by aging was also occurred. The tensile strength after aging decreased remarkably in these specimens with the jute fiber content of or over 30 wt%, and all the jute/PP composites showed the lower strength than neat PP after the aging of 1000 h. It is considered that the hydrophilic property of natural fiber decreases the resistance of the composite in humidity environment.     

马来酸酐接枝聚丙烯对聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的影响

研究了相容剂马来酸酐接枝聚丙烯对聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料(PP/MM T)的影响,它不仅显著改善了PP与蒙脱土的界面相容性,使复合材料力学性能显著提高,而且改善了复合材料的加工流动性。PP的断裂方式属典型的脆性断裂,含有马来酸酐接枝聚丙烯的PP/MM T断裂方式属韧性断裂。蒙脱土在聚丙烯结晶时起成核剂的作用,提高了PP/MM T纳米复合材料的结晶速率。相容剂使得有机蒙脱土对PP的成核作用更加明显。     

玻璃纤维/聚丙烯复合材料界面研究

采用γ射线预辐照固相接枝和偶联剂分别对聚丙稀粉粒 (PP)和玻璃纤维 (GF)进行表面改性 .研究接枝PP在基体中的含量、玻璃纤维经偶联剂处理对复合材料层间剪切强度 (ILSS)、拉伸强度的影响 .通过SEM对复合材料的拉伸断口进行了分析 .     

PE-g-MAH/PP/高岭土复合材料的制备与性能

目的以PE,PP为原料,接枝马来酸酐(MAH)后,与高岭土经双螺杆挤出机熔融共混挤出,制备PE-g-MAH/PP/高岭土复合材料。方法采用电子万能试验机分析复合材料的拉伸性能;采用电子悬臂冲击实验机分析材料的缺口冲击强度;采用水平垂直燃烧仪测试分析复合材料的阻燃性;采用红外光谱仪分析复合材料的化学结构。结果含MAH质量分数为5%的PE与PP按质量比1∶1混合后,加入15%的高岭土,制备的PE-g-MAH/PP/高岭土复合材料拉伸强度、缺口冲击强度和断裂伸长率均为最佳,分别为10.925 MPa,40.6 k J/m2,89.5%;复合材料的阻燃性与高岭土加入量呈先快速增大后慢速降低趋势,加入量为15%时阻燃性最好;复合材料各组分间实现了化学键合。结论适量的高岭土提升了PE/PP复合材料的阻燃性,而MAH的加入改善了PE,PP和高岭土间的相容性。     

A model for fiber length attrition in injection-molded long-fiber composites

Long-fiber thermoplastic (LFT) composites consist of an engineering thermoplastic matrix with glass or carbon reinforcing fibers that are initially 10–13 mm long. When an LFT is injection molded, flow during mold filling degrades the fiber length. Here we present a detailed quantitative model for fiber length attrition in a flowing fiber suspension. The model tracks a discrete fiber length distribution at each spatial node. A conservation equation for total fiber length is combined with a breakage rate that is based on buckling of fibers due to hydrodynamic forces. The model is combined with a mold filling simulation to predict spatial and temporal variations in fiber length distribution in a mold cavity during filling. The predictions compare well to experiments on a glass–fiber/PP LFT molding. Fiber length distributions predicted by the model are easily incorporated into micromechanics models to predict the stress–strain behavior of molded LFT materials.     

相容剂对长玻纤增强热塑性聚氨酯弹性体/聚乳酸复合材料性能的影响

采用熔体浸渍工艺制备长玻纤增强热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/聚乳酸(PLA)复合材料;以苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(SAG)作为相容剂,热塑性弹性体聚氨酯作为增韧剂,聚乳酸为基体树脂,考察苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯用量对长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料性能的影响。结果表明,加入苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯能改善长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的相容性;长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度和模量等力学性能及储能模量随着苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯用量的增加呈先增加后降低的趋势,而长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的损耗因子则随苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯含量的增加呈现降低后增加的趋势;通过复合材料的形态分析表明,加入相容剂的复合材料中玻璃纤维与基体树脂界面强度增加,且玻璃纤维表面有一层包覆的树脂基体;通过分析得出,当相容剂添加量为6%时,长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的拉伸强度、弯曲强度和模量、缺口冲击强度等力学性能最优。     

Tensile properties of short-glass-fiber- and short-carbon-fiber-reinforced polypropylene composites

Composites of polypropylene (PP) reinforced with short glass fibers (SGF) and short carbon fibers (SCF) were prepared with extrusion compounding and injection molding techniques. The tensile properties of these composites were investigated. It was noted that an increase in fiber volume fraction led to a decrease in mean fiber length as observed previously. The relationship between mean fiber length and fiber volume fraction was described by a proper exponential function with an offset. The tensile strength and modulus of SGF/PP and SCF/PP composites were studied taking into account the combined effect of fiber volume fraction and mean fiber length. The results about the composite strength and modulus were interpreted using the modified rule of mixtures equations by introducing two fiber efficiency factors, respectively, for the composite strength and modulus. It was found that for both types of composites the fiber efficiency factors decreased with increasing fiber volume fraction and the more brittle fiber namely carbon fiber corresponded to the lower fiber efficiency factors than glass fiber. Meanwhile, it was noted that the fiber efficiency factor for the composite modulus was much higher than that for the composite strength. Moreover, it was observed that the tensile failure strain of the composites decreased with the increase of fiber volume fraction. An empirical but good relationship of the composite failure strain with fiber volume fraction, fiber length and fiber radius was established.     

长玻纤增强复合材料注塑成型构件强度分析

基于广义牛顿流体本构方程,采用ARD-RSC纤维取向模型,考虑纤维间相互作用,仿真预测长玻纤增强复合材料注塑构件的纤维取向分布;应用复合材料细观力学Eshelby夹杂理论和Mean Field均匀化方法,建立长玻纤增强复合材料均质化RVE模型;综合运用复合材料细观建模、离散RVE模型场、注塑成型和结构有限元分析技术,提出了长玻纤增强复合材料注塑构件强度分析方法。对推力杆注塑构件进行强度分析,显示仿真危险位置与实际破坏位置较为吻合。在此基础上对推力杆进行结构改进,结果表明杆体中间部分在拉伸载荷下的最大主应力降低了57.18%,在压缩载荷下的最大主应力降低了71.25%。