高性能玻纤增强聚丙烯的研究
2021-02-21
来源:步旅网
塑料工业 ·第46卷第10期 2018年1O月 34· CHINA PLAsTICS INDUsTRY 高性能玻纤增强聚丙烯的研究 俞飞,陈业中,钱志军,陈嘉杰,吴国峰,杨波,丁正亚,罗忠富 (金发科技股份有限公司,广东广州510663) 摘要:主要从三类玻纤增强聚丙烯材料PP-GF20、PP—GF35、PP—GF50进行研究,通过研究聚丙烯基体、相容剂 与玻纤种类对玻纤增强聚丙烯性能的影响,对配方进行特定的优化,使材料的力学性能有显著提高,GFPP-20的拉伸 强度可达86 MPa、弯曲强度可达118 MPa,GFPP一35的拉伸强度可达114 MPa、弯曲强度可达158 MPa,GFPP一50的拉 伸强度可达123 MPa、弯曲强度可达167 MPa。 关键词:玻纤;聚丙烯;高性能 doi:10.3969/j.issn.1005—5770.2018.10.009 中图分类号:TQ 325.1 4;TQ327.8 文献标识码:B 文章编号:1005—5770(2018)10—0034—05 Research on Properties of Short Glass Fiber Filled PP Composites YU Fei,CHEN Ye-zhong,QIAN Zhi-jun,CHEN Jia-jie,wU Guo—feng,YANG Bo,DING Zheng—ya,LUO Zhong—fu (Kingfa Science&Technology Co.,Ltd.,Guangzhou 510663,China) Abstract:The article studied three kind of glass fiber(GF)filled polypropylene(PP)composites including PP-GF20,PP—GF35 and PP—GF50.The effect of PP resin,PP graft maleic anhydride(PP—g— MAH)and glass fiber on the properties of short glass fiber filled PP composites was also researched.The results show that the specific optimization of the formulation makes the mechanical properties of the material significantly improved as follows:the highest tensile and flexural strengths of PP—GF20,PP-GF35 and PP— GF50 achieve 86 MPa/1 18 MPa,1 14 MPa/158 MPa,and 123 MPa/167 MPa,respectively. Keywords:Glass Fibre;Polypropylene;High Performance 近年来,随着汽车行业的快速发展,汽车轻量化 一10min,镇海炼化;聚丙烯:DXHCH9012D,MFR= 12 g/lOmin,茂名石化;玻璃纤维:E7CS13.3-508A、 直是人们研究的课题,汽车轻量化方面主要以塑代 钢、微发泡、薄壁化、低密度化、烯烃化等为研究方 向,其中烯烃化主要是指钢材、工程塑料等被烯烃类 材料替代而达到轻量化的目的。 E7CS10.3-508A、ECS13.3.508A,浙江巨石集团;玻 璃纤维:ECS305K一3,重庆国际复合材料股份有限公 司;相容剂:1001(接枝率0.8%),意大利普利朗; 相容剂:CA100(接枝率0.8%),法国阿克玛;相 容剂:PC一1(接枝率0.6%),佛山南海柏晨。 1.2主要仪器和设备 本文主要从三类玻纤增强聚丙烯材料GFPP.20、 GFPP一35、GFPP-50进行研究,尤其是高玻纤含量的 GFPP-35和GFPP.50增强体系对力学性能要求比较 高,传统的配方、挤出工艺、注塑工艺恐难达到技术 指标¨ ,本文通过对配方、挤出工艺、注塑工艺进 双螺杆挤出机:SHJ.30,南京瑞亚高聚物装备有 限公司;注塑机:HTB80,宁波海天机械有限公司; 万能试验机:CMT40204(20kN),深圳市新三思材 料检测有限公司;冲击试验机:892,美国Tinius Olsen公司;热变形试验机:6970.000,意大利 CEAST公司;熔指测试仪:4100,德国ZWICK 公司。 行特定的优化使材料的力学性能提升到了特定的技术 水平。 1实验部分 1.1主要原料 聚丙烯:H9018,熔体质量流动速率(MFR)= 60 g/10min,兰州石化;聚丙烯:HJ4045,MFR=45 g/lOmin,大韩油化;聚丙烯:Z30S,MFR=30 g/ 1.3试样制备 先双螺杆挤出造粒,再注塑样条进行测试。挤出 作者简介:俞飞,研发工程师,主要研究材料领域为高分子材料。chenyezhong@kingfa.COITI.cn 第46卷第lO期 俞飞,等:高性能玻纤增强聚丙烯的研究 ·35· 工艺:挤出速度350 r/min、挤出温度210℃、喂料 速度40 r/min。注塑工艺:注塑速度80%、注塑压力 30x10 Pa、注塑温度210℃,螺杆背压30 ̄10 Pa。 1.4性能测试 2.2 不同相容剂种类对材料性能的影响 表2不同相容剂种类对GFPP-20材料性能的影响 Tab 2 、 孵晕迥 Effect of different compatibilizer types on the properties ∞加加∞ 如 ofGFPP_20 熔体质量流动速率按ISO1133—1/2,2.16 kg、 230 o(=测试;密度按IS01183—1测试;拉伸强度按 ISO 527—1/2、拉伸速率50 mm/min测试;弯曲性能 按ISO 178,弯曲速率2 mm/min;悬臂梁冲击性能按 ISO 180测试。 2结果与讨论 2.1不同聚丙烯牌号对材料性能的影响 表1 不同MFR聚丙烯对GFPP-20材料性能的影响 Tab 1 Effect of PP with diferent MFR on the properties 0fGFPP_20 13O 1 2O …重 100越 o鐾 80静 70 l 2 3 4 图1 不同MFR聚丙烯对GFPP.2O材料强度性能的影响 Fig 1 Effect of PP with diferent MFR on the strength of GFPP-20 从表I和图I结果可以看出,不同PP基材做出 来的性能不同,表现为HJ4045>DXHCH9012D> H9018>Z30S,主要是因为HJ4045和DXHCH9012D 为高结晶均聚PP,而H9018和Z30S为普通均聚PP, 另一方面PP树脂的MFR越高对玻纤的浸润包覆得越 好且玻纤保留长度越长,效果也就越好。 从表2和图2结果可以看出,相容剂1001和 CA 100性能相当,而PC一1性能稍差一些。主要是因 为相容剂接枝率高的性能比较好,接枝率越高使得 PP基体与玻纤之间铆合的越紧密从而增强效果越好。 如 加 日 删 山 山 越 氍 麓 最 魍 迥 静 1 2 3 4 5 6 图2不同相容剂对GFPP-20材料强度性能的影响 Fig 2 Effect of different eompatibilizer types on the strength 0f GFPP-2O 2.3不同玻纤种类对材料性能的影响 13O 12O 110 1OO 疆 90鲁 8O静 7O 1 2 3 4 图3不同玻纤种类对GFPP.20材料强度性能的影响 Fig 3 Effect of different kinds of glass fiber on the strength 0f GFPP O 从表3结果可以看出,不同玻纤种类对材料的性 能影响也是不一样的,其中玻纤E7CS10.3—508A的性 塑料工业 2018正 能最好,是因为E7CS10.3.508A的玻纤单束直径只有 10 Ixm,而其他玻纤的单束直径为13 m,这样在相 同的挤出、注塑过程中E7CS10.3.508A玻纤的长径比 保留得比其他长,从而导致性能偏高。 表3不同玻纤种类对GFPP-20材料性能的影响 Tab 3 Effect of diferent kinds of ass fiber on properties of GFPP一20 2.4不同相容剂含量对材料性能的影响 从表4和图4结果可以看出,相容剂1001含量在 dI苣 麓晕掇 2%时GFPP-加加∞ 20材料的性能出现最佳。主要是因为相容 加 舳 ∞ 们 加 ∞ 剂含量低时玻纤和PP基体铆合点不足导致性能偏低, 而当相容剂含量超过特定量时出现玻纤和PP基体铆合 点过多这样在挤出和注塑过程中流动摩擦因素玻纤保 留长度会下降,继而性能会有稍稍下滑。 表4不同相容剂含量对GFPP-20材料性能的影响 Tab 4 Effect of diferent compatibilizer contents on properties foGFPP-20 ㈣ ㈣ 知 鲫 加 从表5和图5结果可以看出,相容剂1001含量 在2.5%时GFPP-35材料的性能较佳。主要是因为相 容剂含量低时玻纤和PP基体铆合点不足导致性能偏 低,而当相容剂含量超过特定量时出现玻纤和PP基体 铆合点过多,在挤出和注塑过程中流动摩擦因数比较大 从而玻纤保留长度会下降,继而性能会有稍稍下滑。 山 骥 粗 静 图4不同相容剂含量对GFPP-20材料强度性能的影响 Tab 4 Effect of different compatibilizer contents on properties fo GFPP-20 l8O l6O 140至 魁 Ⅲ鐾 静 lOO 80 图5不同相容剂含量对GFPP一35材料强度性能的影响 Fig 5 Effect of different compatibilizer contents on the strength of GFPP一35 表5不同相容剂含量对GFPP·35材料性能的影响 Tab 5 Effect of different compatibilizer contents on properties of GFPP一35 】80 18O 】6O l60 山 140 140 {烈 鐾12o 120髫 鼎 枷 l00 1OO 80 80 图6不同相容剂含量对GFPP-50材料强度性能的影响 Fig 6 Effect of different compafibilizer contents on the strength of GFPP-50 ∞ ·38· 塑料工业 2018正 越好。 [2]王经.塑料改性技术[M].北京:化学工业出版 社,2004. 2)相容剂1001和CA100性能相当,而PC一1性 能稍差一些。主要是因为相容剂接枝率高的性能比较 好,接枝率越高使得PP基体与玻纤之间铆合的越紧 密从而增强效果越好。 [3]邵静波.PP—g—MAH对玻璃纤维增强PP的影响[J].合 成树脂及塑料,2006,23(4):5-8. [4]洪定一.聚丙烯一原理、工艺与技术[M].北京:中国 石化出版社,2007. 3)不同玻纤种类对材料的性能影响也是不一样 [5]李正光.聚丙烯生产技术及应用[M].北京:石油工业 出版社,2006. 的,其中玻纤E7CSIO一03—508A的性能较好,是因 为E7CS10—03—508A的玻纤单束直径只有l0 m,而 其他玻纤的单束直径为13 Ixm,这样在相同的挤出、 注塑过程中E7CS10—03—508A玻纤的长径比保留的 比其他长,从而导致性能偏高。 4)相容剂含量在2%一3%时GFPP-20、35、50 [6]周殿明,张丽珍.聚丙烯成型技术问答[M].北京:化 学工业出版社,2007. [7]张超.长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料力学性能研究 [J].塑料工业,2017,45(12):78-82. [8]张超.长玻纤增强PP/PA6合金材料的性能[J].工程 塑料应用,2017,45(11):7-12. 玻纤增强聚丙烯材料的性能出现较佳的性能。主要是 因为相容剂含量低时玻纤和PP基体铆合点不足导致 性能偏低,而当相容剂含量超过特性量时出现玻纤和 [9]韩领.GF增强PP复合材料的尺寸稳定性与力学性能 [J].工程塑料应用,2017,45(5):24—28. PP基体铆合点过多,这样在挤出和注塑过程中流动 摩擦因数比较大从而玻纤保留长度会下降,继而性能 会有稍稍下滑。 参版社,2008. [1O]唐梓健.聚丙烯/玻璃纤维/滑石粉复合材料的制备及性 能研究[J].塑料工业,2017,45(1):80—83. [11]张伟.低气味低VOC玻纤增强聚丙烯材料的研制[J]. 工程塑料应用,2017,45(1):35—38. 考文献 [12]黎敏荣.纤维增强热塑性树脂复合材料成型技术研究进 展[J].塑料工业,2016,44(11):5—10. (本文于2018—06—21收到) [1]胡友良.聚烯烃功能化及改性[M].北京:化学工业出 (上接第5页) [33]ZHAO L,ZHENG L,ZHAO S.Tribological performance of nano—A12 O3 reinforced polyamide 6 composites[J]. 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