复合材料季洁宇11112

复合材料课程论文班级：高分子材料与工程123班学号：2012143064姓名:季洁宇日期:2015,11,222低翘曲玻纤增强PET复合材料的制备和性能研究摘要：本文依据降低翘曲的机理，选用不同降低翘曲的方法，制备了系列低翘曲玻纤增强PET复合材料。结果表明，具有较高形状对称性的填料，如滑石粉、云母粉和玻璃微珠都能不同程度地降低玻纤增强PET体系的翘曲，非晶聚合物也能有效改进该体系的翘曲性能。关键词：PET，玻纤增强，翘曲，对称性填料，非晶聚合物Abstruct:SeriesofglassfiberreinforcedPETwithlowwarpagehavebeenpreparedaccordingtothemechanismanddifferentmethodsofreductionofwarpageinthisarticle.Theresultsshowedthatthemineralfillersuchastalc,mica,glassmicrosphere,whichhaveahighsymmetricalshape,candecreasethewarpageofPET/GFsystemtodifferentextend,andamorphouspolymeralsocanimprovethewarpagepropertyofit.Keywords:PET,glassfiberreinforced,warpage,symmetricalfiller,amorphouspolymer引言玻璃纤维增强材料简称（GFRP）俗名玻璃钢。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起．组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力．不能承受弯曲、剪切和压应力，还不做成固定的几何形状．是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，就可以做成各种具有固定形状的坚硬制品．既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。根据合成树脂的不同玻璃钢主要有环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢、聚酯玻璃钢。玻璃纤维增强复合材料强度高、质量轻,具有减震性、抗疲劳性、耐化学品腐蚀性等优点,并且具有优异的抗弹、降噪性能,而且是价格低廉[1]。在汽车中应用玻璃纤维增强材料,可以提高汽车用材料的力学性能,降低汽车零部件的制造成本,加快汽车的装配速度,减轻汽车的重量,节省燃料.随着汽车工业的迅速发展,对玻璃纤维及其复合材料的市场需求量将与日俱增,因此对玻璃纤维增强材料研究有很大的现实意义。3美国是世界上生产玻璃纤维及复合材料数量最多的国家。它的玻璃纤维产量占全世界玻纤总产量的32%（1992）,1992年它所生产的复合材料包括热塑性及热固性玻璃钢为113万吨,占全世界总产量的33.2%[2],据国外最新报道，2003年全球玻璃纤维总产能已达到300万吨，实际生产总值为250万吨，其中地窑拉丝产量已占总产量85-90%，在250万吨总产量中用于增强热固性塑料的制品越有100万吨，热塑性的制品有70万吨。其中纺织产品及湿法薄毡共80万吨，共占总产量的32%，玻璃纤维纺织纱及机织物针织物，网格织物，缝编织物，与多轴向织物，是玻璃纤维制品中品种最多的一类玻纤制品，发展速度很快，具有广阔的市场前景。据国外专家预测，今后几年内，全球玻璃纤维总产量平均年递增速率将保持在5%左右，即全球玻纤总产量平均每年递增12-13万吨左右，其中美从2002年到2007年的年增长率为2.5%，欧洲为4%，亚洲为7%。国外玻纤制品的分类主要有纺织制品，增强制品，其中增强制品包括增强用纱，增强用毡，增强用布，增强热固性热塑性材料等。据我国玻璃纤维工业协会报道，2003年全国玻璃纤维总产量47.3万吨，同比增长32.7%，其中池窑玻纤产量为27.8万吨，同比增长73.75%，纺织玻璃纤维占31.72%，增强玻璃纤维占68.28%。按产品品种分类，则纺织玻璃纤维中有各种工业用布6万吨、电子电器布5万吨、各种纺织用纱2万吨等等。我国玻璃纤维制品的应用领域包括电子电器领域，目前我国已经成为世界印制电路板生产中心，成为世界第二大印制电路生产国。建筑防水应用领域，由于玻璃纤维具有耐水耐碱拉伸强度高化学性能未定等优点，可以通过表面处理方式，与树脂沥青等材料结合成为较为理想的的防水材料。化工环保应用领域，由于玻璃纤维耐高温抗腐蚀，具有很高的抗拉强度，所以在化工及环保等工业部门得到了越来越广泛的应用。航空航天及通讯领域，玻璃纤维作为一种新型功能材料和结构材料，目前已经成为航空航天通讯部门不可缺少的基础材料。目前，美国复合材料的年平均增长率为4%，我国比美国的增长速度较快约为9%，是全球复合材料增长较快的国家。在复合材料行业中，玻璃纤维增强材料中的热塑性塑料远远超过热固性塑料，其原因是热塑性材料的所具有的独特的可回收再利用的特性，可采用注射，挤出，压制，层压等各种方式，同时具有成4型周期短，生产效率高等优点，其应用范围不断扩大。据有关资料表明，1997年我国GFRP总产量为20万吨，2002年发展到54万吨，这五年平均速率为18.4%。我国交通，电力，建筑等行业的发展，强烈要求增强型热塑性材料的高速增长，所以应加大开发力度，针对玻璃纤维增强材料化学惰性大，成型粘度大的特点，积极开发专用浸润剂，提高其与塑料表面的结合力和熔融混合的均匀性，最好能制成高质量的预混品。据国外统计，汽车业，建筑业占玻璃纤维增强塑料消费市场的50%以上，随着我国汽车工业的快速发展和建筑业水平的不断提高，玻璃纤维增强热塑性材料将有非常广阔的市场前景。玻纤（GF）增强PET具有优良的力学性能、耐热性和耐化学性，是PET工程塑料化的一个重要途径。但是，PET/GF的一个明显缺点是成型制品会产生较大的翘曲，给制品的外观甚至制品功能的正常发挥都带来了不利影响。翘曲是材料不均匀收缩的结果。材料中组分的取向和结晶、注塑时采用不恰当的工艺条件、模具设计时浇口形状和位置不对、制品设计时壁厚厚薄不匀等都会造成制品的翘曲。[1]PET/GF复合材料的翘曲主要是玻纤在流动方向上的定向限制了树脂的收缩，PET在玻纤周围的诱导结晶又强化了这种效果，使得制品的纵向（流动方向）收缩小于横向（与流动方向垂直的方向），这种不均匀收缩便导致了PET/GF复合材料的翘曲。从材料的角度解决翘曲问题的方法主要有两种：第一种方法，利用矿物填料的形状对称性减轻玻纤取向造成的各向异性；第二种方法，使PET/GF体系与非晶聚合物共混，降低PET的结晶度，减少因结晶而造成的不均匀收缩。这两种方法都可以有效减轻PET/GF制品的翘曲。[2]本文根据以上翘曲产生的机理和减轻翘曲的方法，选用滑石粉、云母粉、玻璃微珠等形状对称性高的矿物填料和与PET相容性好的非晶聚合物PC对PET/GF体系进行掺混改性，用目测法观察了这些改性材料的注塑样条的翘曲改进效果，并讨论了这些改性方法对体系力学性能和流动性能的影响，最后，还给出了选择低翘曲体系的一些原则。总之玻璃纤维增强材料的发展趋势：一是玻璃钢的应用范围不断开拓，二是玻璃钢先进性能不断提高，玻璃纤维增强材料也具有弹性模量低、长期耐温性5差、易老化等缺点阻碍了应用的发展。所以以后的研究中着力改善其性能中不足的地方。而其面临的问题：一是由材料性能的提高带来的材料的难加工性与刀具的磨损，成本的提高，二是玻璃钢的再利用问题，美国、日本有关厂家已对热固性玻璃钢的废料提出了两种不同的处理方法，如美国的机械粉碎法，将玻璃钢废料经速冻、粉碎、磨粉，将所得细粉做填料使用。中国玻璃钢的回收利用技术尚处于起步阶段。1．实验部分1.1物料PET，特性粘数0.90，广东开平涤纶企业集团公司；PBT，牌号111C，台湾长春公司生产；PC，牌号L-1250Y，日本帝人化成株式会社；玻纤，浙江桐乡巨石公司；滑石粉，1250目，广东清新县鑫鑫公司；云母粉，600目，徐州北方微细粉体公司；玻璃微珠，深圳生产；其他助剂，市售。1.2样品制备将PET、PBT、PC、矿物填料等组分在130℃烘干5小时，按照表1所示配方配料（玻纤除外），混合，得混合料。在265℃挤出温度下将混合料和长玻纤在双螺杆挤出机的不同加料口先后加入，熔融共混，挤出造粒。再将所得粒料在130℃烘干5小时，用注塑机注塑标准样条供观察翘曲和性能测试之用。1.3性能测试拉伸性能按GB1040-92，拉伸速度50mm/min.；悬臂梁缺口冲击强度试验按GB1843-93标准测试；熔体流动速率按GB3682-83标准测试。1.4实验设备和仪器双螺杆挤出机，型号SHJ-30，南京橡塑机械厂；注射机，香港震雄公司；拉力机，LJ1000型，广州实验仪器厂；冲击仪，XJU-22，承德试验机厂；熔体流动速率测试仪，μPXRZ-400型，吉林大学科学仪器厂。62.结果与讨论2.1注塑工艺条件对样条翘曲性能的影响所有配方和结果如表1所示。表1低翘曲PET/GF体系的配方和性能配方编号组分和性能1#2#3#4#5#PET+PBT14601460146014601022PC438玻纤400300300300滑石粉100云母粉100玻璃微珠100其它140140140140140翘曲（3mm厚）严重有改进很好最好很好拉伸屈服强度（MPa）85.887.299.888.691.6拉伸断裂强度(MPa)84.486.097.087.089.7断裂伸长率(%)54644悬臂梁缺口冲击强度（kJ/m2）8.596.817.115.219.02熔体流动速率(g/10min)（270℃，2.16kg）19.522.944.546.646.5色相本色白色灰色深灰白色L：总长，150mm；W：端部宽度，20mm；C：中间平行部分长度，60mm；B:中间平行部分宽度，10mm；d:厚度4mm图1GB/T1040-92中的Ⅰ型样条平面图用1#配方所得粒料在245，255，265，275℃的注塑温度和41MPa注塑压力下注塑样条，样条尺寸如图1所示。目测结果表明，245，255℃下注塑的样条在图1所示的表面上有明显的凹槽形翘曲。在265，275℃下注塑的样条的翘曲明显减少，但仍然存在着看得见的翘曲。在245℃下，分别用41MPa、61MPa、81Mpa的注射压力注塑1#料样条。结果表明，随着注塑压力的提高，样条的翘曲和飞边变得越来越严重。7注射温度和压力是影响PET/GF制品翘曲的两个重要工艺条件。高的注射温度使得体系组分在注射后仍能在较高温度下进行取向和应力的松弛和调整，从而可减缓翘曲。较高的压力会使体系产生较大的取向应力，从而发生更大的翘曲。除升高温度、降低压力外，降低模温、圆形制品选用中心浇口、长流动制品采用端面浇口，都是减少翘曲的有利工艺措施。尽管采取有利的工艺措施可以对这种较薄（小于3毫米）的制品的翘曲有一定程度的减缓，但对于较厚（大于3毫米）的制品，翘曲减少的程度有限，必须借助于物料的改性。2.2滑石粉对体系翘曲和其它性能的影响使PET/GF体系中的5%的玻纤被滑石粉代替（2#样），结果所得的样条的翘曲得以大幅度降低，但仍能观察到轻微的翘曲。同时，力学性能变化不大，流动性能有所提高。其原因是，滑石粉为平面片层结构，形状对称性高于玻纤，减少了因为玻纤的形状对称性差造成的各向异性，因此由不均匀收缩引起的翘曲较线形的玻纤大为降低。由于为片层结构的滑石粉也能取向，因此用部分滑石粉去取代玻纤，并不至于造成力学性能的很大变化。矿物填料的形状对称性对体系的翘曲性和流动性发生相反的影响，即对称性高的填料将降低翘曲而增加流动性能。因而，可以预料，在翘曲上，将是玻纤滑石粉，云母粉玻璃微珠。在熔体流动速率上，将是玻纤滑石粉，云母粉玻璃微珠。在色相上，滑石粉体系呈白色，可以做成多种颜色。2.3云母对体系翘曲和其它性能的影响同为片状结构，但云母填充体系（3#样