玻璃纤维增强ABS复合材料的制备及其性能研究
2024-06-17
来源:步旅网
《广东橡胶》2017年第6期 17 玻璃纤维增强ABS复合材料的制备及其性能研究 康永王坤艾江 (陕西金泰氯碱化工有限公司,陕西榆林718100) 摘要:本文以ABs树脂及其中间体为主要原料,利用长玻璃纤维进行增强改性,并利用现 代仪器分析技术和测试手段,对GF/ABS复合材料结构与性能进行了研究,研制出性能 优异的复合材料,同时为复合材料加工提供理论依据。实验结果表明:加入sMA或环氧 树脂,玻纤增强ABS复合材料的力学性能明显提高;SMA与环氧树脂复配有明显的协同 效果,同时加A.SMA和环氧树脂后的复合材料的性能更加优越,界面粘接性能得到很大 的改善,在玻纤加入量为30%时,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度较未添加界面相容 剂时分别提高了44%、29%、100%。随着玻纤质量分数增加,复合材料的拉伸强度、弯 曲强度、冲击强度均逐渐增加。 关键词:ABS树脂;玻璃纤维;复合材料;界面粘结性;力学性能 Research on the Performance&Preparation Of GF/ABS Reinforced Composites KANGYong WANG Kun AI Jiang (Shaanxi dintai chlor—alkali chemica1 industry Co.,LTD,Yulin 7181O0,China) Abstract:Thi S artiC1e research the structure and performanCe of GF/ABS reinforced compoSite in detaii through reinforCing and modifying the performance of the glass—fiber by modern analyzing technology and testing method with ABS resin and itS intermedlate as main material,get the composites with very excellent properties,and offer theoretic bases.The resuits showed that adding SMA or epoxy resin,the compatibility of glass fiber and ABS can be improved:while adding the SMA and epoxy resin,both the mechanical properties and interfacial adhesion of ABS composites can be improved greatly.In addition,the mechanical properties increased gradually when more glass fiber were added and 44%tensile strength,29%flexural strength,and 100%impact strength of the composites can be improved in contrast with the composites without adding cOmpatibilizer when 30% glass fiber were added. Keywords:ABS;glaSs—fiber;compoSites;interfacial adheSion:mechanical propertieS 作者简介:康永(1 983一),男,陕西富平人。工程师。现从事复合材料研究工作。 E-mail:kangyong一1204@163.com,电话:184 2902 5508。 通讯地址:陕西省榆林市米脂县金泰路一号金泰公司中门,718100。 18 玻璃纤维增强ABS复合材料的制备及其性能研究 A B s是一种具有较好的耐冲击性,耐化学 本文采用SMA和Epoxy res i n来以及两者复 性,优良的电性能,良好的加工性,以及较高的 性能/价格比的热塑性工程塑料,广泛应用于汽 配来作为相容剂,可以与玻纤表面发生化学反 应,并提高了界面粘接性能,研究了界面相容剂 以及玻纤含量对复合材料的力学性能和结构的影 响。 车,电子电器,轻工,建筑等行业。本文利用通 用的热塑性树脂ABs为基础树脂,以价廉易得的 玻璃纤维为增强材料,通过特殊的界面处理技 术,制备界面结合良好的连续纤维增强的热塑性 树脂基复合材料,可使复合材料的强度和耐热性 能得到大幅提高。本项目通过研究复合材料的理 论问题,如纤维的浸润、纤维与树脂问的界面等 指导高性能增强热塑性复合材料的设计;另一方 面, 1实验部分 1 1主要原料 AB s粒料:牌号P A757,台湾奇美公司产 品;SMA粒料:牌号218,上海石化生产;Epoxy r e s i n:牌号E44,中石化巴陵石油化工有限责 任公司产品;长玻纤:牌号988(经过偶联剂处 通过新工艺的开发,使制备高性能纤维增 理),巨石集团有限公司产品;使用前,ABS与 SMA于80℃真空干燥烘箱中干燥E4h,长玻纤在 80 ̄C烘箱中干燥4h。 1.2主要设备 强的热塑性复合材料工艺更加简单,更有利于降 低成本和提高复合材料性能,实现复合材料的高 性能化。 国内外关于玻纤表面改性进行了大量研 究¨ ,常见的是偶联剂用于不同纤维的表面处 W(}2003型台式干燥机,中国重庆试验设备 ,『 ;TSE40A同向双螺杆混炼挤出造粒机,南京 理,也有采用马来酸酐接枝物提高界面性能的报 道。用SMA ̄HEpoxy resi n分别作为玻纤增强ABS 复合材料的增容剂已得到, 泛研究旧 l,它们一 方面与ABS中的sAN相有良好的相容性,同时与玻 瑞亚高聚物制备有限公司;CJ8OMZ—NC I1型注塑 机,震德塑料机械,一有限公司;WDW-IOC微机控 制电子万能试验机,上海华龙测试仪器公司; ZBC一4B液晶式摆锤冲击试验机,深圳市新三思计 量技术有限公司;KYKY一2800B扫描电子显微镜, 北京中科科仪技术发展有限责任公司。 1.3制备工艺 共混实验条件: 璃纤维上的亲水基团发生反应,因 ̄SMA和EpoxY resin可作为玻纤增强ABS复合材料的增容剂,但 是日前尚尢采用SMA和Epoxy resin共同作为界面 增容剂的报道。 表1共混各区温度 一 二区 190℃ 三 195℃ 四区 200℃ 五区 205℃ 六区 21O℃ 七区 2】5℃ 八区 220℃ 模头 21 5℃ 185℃ 转速:240rpm 注射成型实验条件 表2注射各区温度 一区 二区 21O℃ 三区 220℃ I200℃ 1.4性能测试 缺口深度2.5mm的试样;在zBC-4B液品式摆锤冲 击试验机上进行缺口冲击实验。 1.4.2拉伸强度 1.4.1冲击强度 按照A S T M2007一D256标准,将注射的样条制 成长为64±lmm、宽为10±0.1mm、厚3.2±0.1mm 按照ASTM2007一D637标准,将注射好的哑铃 的样条。在ZHY—w型万能制样机上制得V型缺口, 形样条在w D W-1 OC型微机控制电子万能实验机} 《广东橡胶》2017年第6期 进行拉伸力学性能测试,拉伸速度(夹头移动速 度)为50mm/min,拉伸强度单位为MPa。 1.4.3弯曲强度 19 2.1不同的相容剂种类对GF/ABs复合材料 性能和结构的影响 采用不同的增容剂来制备不同ABs复合材 料,复合材料的的力学性能如表3所示。从表中 可以看出,未处理的ABs复合材料的力学性能较 差,加入单一相容剂后,A B s复合材料的力学性 按照ASTM2007-D790标准,将注射好的哑 铃形样条在W D W-1 OC型微机控制电子万能实验 机上进行弯曲力学性能测试,夹头移动速度为 2mm/min,弯曲挠度为6mm。 1.5 SEM表征 样品经真空镀金后,采用KYKY一2800B型扫 能明显提高。说明了相容剂的加入有明显的增容 效果;单独加入环氧树脂的增容效果比SMA好。 同时加入环氧树脂和SMA后,ABS复合材料的拉伸 描电镜观察复合材料的拉伸断裂形貌。 强度为121.1MPa,冲击强度为1 1.04KJ/m 。说明 了SMA与环氧树脂复配有明显的协同效果。 2结果与讨论 表3 ABS复合材料的力学性能 复合材料 GF/ABS GF/ABS/SMA GF/ABs/Epoxy resin 拉伸强度/MPa 87.1 lO6.3 lO9.2 断裂伸长率/% 9.O 1O.5 9.8 冲击强度/(KJ・m ) 6.24 6.78 8.12 GF/ABS/Epoxy re s in/SMA 121.1 10.6 11.04 注:GF含量为25% 硅烷偶联剂作为玻纤表面改性已得到广泛 研究…,反应如图1(a)所示。SMA作为玻纤增强 A B s复合材料的增容剂已得到广泛研究,它一方 增强ABs复合材料的增容剂,一方面与ABS中的 SAN相有良好的相容性u ,同时环氧基团与玻璃 纤维上的亲水基团发生反应,如图l(c)所示。用 面与ABS中的sAN相有良好的相容性 J,同时SMA 中的马来酸酐功能团与玻璃纤维上的亲水基团发 SMA和Epoxy resin同时来作为玻纤增强ABS复合 材料的增容剂,羟基、酸酐、环氧基团通过形成 生反应,如图1(b)所示。Epoxy resin作为玻纤 三分子络合体进行反应【】 ,如图1(d)所示。 卜+一卜七… 20 玻璃纤维增强ABS复合材料的制备及其性能研究 卜 ~oA— ̄~oo…H L (L】) 图1增容机理 t、s 111 (c)qF/ \BS/epoxy l、esi n(¨dF/.\BS/SM\/epoxy rcs 图2 GF/ABS(25%GF)复合材料SEM照片 2为\BS 料拉fI}I断裂断面的s ” 比较发脱 未处 的\BS复合材料( 2(a))断m h玻 璃纤维 j 裂j: 象 幔 lfI『分离lI』J lII!.,仔 1fl『傲一 较 l 物质黏附( 放大 2(u)). L.1复 行人}I 的玻Vjf.fii!拨脱 拨 ;玻璃 r维 俞材料 },他川S\1^后(J 2(b)),仍… 人鞋的 破墒纤维拨脱, + 体 拔…破璃纤维抖l[Iffl ̄比 比较比 料的 J c本没订黍 付忖脂,说lf』J J 材 卡才料,I 他jt JEp( \ 、 s n 介 . 较比清,堪J.4汝仃黏附埘《 、而复 材料【{l川 _Jlf他J¨SMA雨]Epo\y 、s j I]lIl、 玻璃ff-lfi ̄ 面被 现人:l ,J玻璃纤维拨脱,玻璃纤维表 (a)withunmodiifed.ABS asthematrix(b】S L andEpoxy re ̄inmodif ̄dABS asthematrix (a)With Ul311lOdjf-i ed RS aS the matri_\ (1))SM ^and l ̄poxy rcs111 mO/¨fj 0(j\BS as tl10“1at1、 图aft,附示意图 《广东橡胶》2017年第6期 一21 层厚的物质黏附,见示意图3。这可是因为: 而后基本保持不变,GF/ABS/Epoxy resin复合材 料和GF/ABS/SMA/Epoxy resin复合材料冲击强度 明显增加,而GF/ABS复合材料和GF/ABSflSMA复合 材料的冲击强度呈下降的趋势。与未处理的ABS 复合材料相比,相容剂的加入,ABs复合材料的 Epoxy resin虽具有很高的反应活性,但是由于 分子量较小,导致了界面强度不足;SMA的分子 量虽然足够大,但是SMA的反应活性比不上Epoxy re sin;羟基、酸酐、环氧基团进行反应,即保 证了界面相容剂的分子量,又保证了反应活性。 2.2玻璃纤维含量对复合材料性能的影响 采用不同的增容剂来制备不同ABs复合材 明显改善了复合材料的拉伸、弯曲和冲击性能。 玻纤含量为30%时,GF/ABs/sMA/Ep。xy res J n复 合材料的拉伸强度比未改性的复合材料的拉伸强 度提高了44%,弯曲强度提高了29%,冲击强度也 提高了100%。 料,复合材料的力学性能如图4所示。从图中可 以看出,随玻纤含量的增加,ABs复合材料的拉 伸强度和弯曲强度逐渐提高,断裂伸长率先下降 图4玻纤用量对ABS复合材料力学性能的影响 3结语 (1)随玻纤质量分数的增加,复合材料拉 伸强度、弯曲强度也随之增加,断裂伸长率先下 6一l0. [2]张士华,陈光,崔崇.偶联剂处理对 玻璃纤维/尼龙复合材料力学性能的影响[J].复 合材料学报,2006,23(3):31-36. [3]刘学习,戴干策.PP—g—Si与PP—g AH 对PP/GF的增容机理比较[J].高分子材料科学与 工程,2007,23(5):128—131. 降而后基本保持不变,GF/ABS/Epoxy resin复合 材料和GF/ABs/sMA/Epoxy resin复合材料冲击强 度也明显增加,而GF/ABS复合材料和GF/ABS/SMA 复合材料的冲击强度下降。玻纤含量为30%时, GF/ABS/SMA/Epoxy resin复合材料的拉伸强度比 未改性的复合材料的拉伸强度提高了44%,弯曲 强度提高了29%,冲击强度也提高了100%。 (2)单独加入SMA或Epoxy resi n界面相容 剂,与未处理的ABs复合材料相比,ABs复合材 料的力学性能明显改善;同时加入SMA ̄HEP0Xy r e s i n界面相容剂,可以与玻纤表面发生化学反 应,AB s复合材料界面粘接性能得到很大的改 [4]咸贵军,益小苏,卢晓林,等.长玻 璃纤维/聚丙烯复合材料粒料注塑制品的拉伸强 度[J].复合材料学报,2001,18(2):41—45。 [5]陈平,韩冰,程子霞.玻璃纤维增强 耐高温改性环氧基拉挤电绝缘芯棒的研究[J]. 复合材料学报,2000,17(2):13—15. [6]王超,牛永安,王静,等.酚醛树脂 表面处理剂对碳纤维增强环氧树脂复合材料界面 强度的影响[J].复合材料学报,2008,25(1): 59-63. 善,从而显著提高了玻璃纤维增强复合材料的力 学性能。 [7]雷文,张长生.苎麻布/聚丙烯复合 参考文献 [1]余剑英,周祖福,闻荻江.纤维表面 材料的力学性能[J].复合材料学报,2008, 25(1):40—45. 处理与基体改性对连续玻纤增强聚丙烯力学性 能的影响[J].复合材料学报,2000,17(3): [8]王成忠,李鹏,于运花,等.UHMWPE纤 维表面处理及其复合材料性能[J].(下转第16页) 16 丁基橡胶市场发展前景探讨 5.檀荣田.药用胶塞结构与模具设计研 究[J].橡塑技术与装备(橡胶版),2014,4o (23期):24—28. 应用研究进展 .弹性体,2015,25(4): 78-82. 10.韦匀.功能化丁基橡胶的研究[J】.现 代橡胶技术,2015,41: 14—17. 11.吴建明,孙建民,巴云雷. EPB反应 6.姜舂志.箭牌公司口香糖产品的市场调 查及营销对策研究——基于温江区域的调研结果 【D].四川师范大学,硕士学位论文,2014. 7.周治德,张连香,杨裴庆,李桂银.罗 汉果口香糖工艺研究[J].广东化工,2016, 43(319):23-24(27) 性丁基橡胶白粘防水卷材及其在地下防水工程中 的应用 .地下建筑防水,2014,4:33—36. 12.张磊,蒋凌云,王洁.液化天然气冷 能为丁基橡胶合成提供冷量研究lJ】.化学工 业,2009,27(11):23—26. 8.徐永宁.我国丁基橡胶产业现状与投资 机会分析 J.炼油与化工,2008(19):4-7. 9.成莉燕,李阳,徐金峰.丁基橡胶加工 13.陈茂春,丁文有.液化天然气冷能在 丁基橡胶装置上的利用[J J.石油化工,20 1 5, 44(1):95—102. (下转第23页)督力度,提高自身的质量意识,严 格的做好产品检查工作,减少产品质量不合格现 质量的管理工作,努力提高橡胶产品的质量,争 取为我国的橡胶事业做出积极贡献。 象的发生,即使有不合格的橡胶产品,也要保证 不合格产品不能流人市场,通过一系列的管理措 施提高橡胶产品的质量,从而实现企业可持续发 展的目标。 参考文献: [1]莫业勇.天然橡胶主产国的产业现状、 发展机遇和挑战[J].世界热带农业信息,201 2 (O2):1O5—106. 3结语 橡胶产品在我国的发展之中有着重要的作 [2]吴第祥.技术创新对海南天然橡胶加工 业的影响【JI.中国热带农业,2013(O4):88— 89. 用,而且在人们的生活中也有着广泛的用途,所 以我国要加大橡胶产品的生产力度,以满足人们 对橡胶产品的需求。但是在进行橡胶产品生产过 程中,相关企业要做天然橡胶的栽培工作和生产 【3』刘建中,陈积贤.云南天然橡胶产业 可持续发展的建议[J].中国热带农业,201 3 (02):23—24. (上接第21页)复合材料学报,2006,23(2):30— 35. m e c han i C a 1 a n d t h e r ma j S t U d i e S 0 n po1 y(styrcne—co-acFy1onitri1 e)modificd [9]于杰,郭建兵,秦舒浩,等.sMA增容 epoxy reSin/g1ass f J bre composi teS J J. composites,2007,38(9):2422—2432. ABS/PBT共混体系的形态和力学性能 .高分子 材料科学与工程,2008,24(1):55—58. [1O]Nishar Hameed,P.A.Sreekumar, Be.joy Franc j S.et a1.MorphologY.dynamJ C [11]周曦亚.复合材料(第…・版)[M].北 京:化学工业出版社.2005.