玻璃纤维增强聚酰胺性能的研究王艇(大连海新工程技术有限公司,辽宁大连116021)摘要:以通用聚酰胺为基体,利用短切玻璃纤维(事先用硅烷偶联剂进行表面处理)对其进行共混改性。研究了玻纤含量分布对复合材料力学性能的影响,扫描电镜分析了玻璃纤维增强聚酰胺复合材料的断面特征。当玻璃纤维用量约为30%时,材料的拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度、弯曲模量最好,这时的拉伸强度、弹性模量、弯曲强度和弯曲模量分别增长了4518%、10011%、5711%和11014%,冲击强度为5.3kJ·cm-2。玻璃纤维改善复合材料的界面状况,有提高聚酰胺复合材料力学性能的作用,因为玻纤表面能够与聚酰胺之间形成紧密的结合。关键词:玻璃纤维;聚酰胺;复合材料;增强;力学性能:TQ32316:167129905(2010)0220018203文献标识码:A自20世纪30年代玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)发明以来,因其无毒、质轻、优良的机械强度、耐磨性及较好的耐腐蚀性、价格低廉和良好的可设计性等,在军事、建筑、船舶、汽车、机械、化工、仪表、汽车等工业中用于制造轴承、齿轮、泵叶及其他零件,尤其是在耐腐蚀化学领域得到了广泛应用1。由于作为增强成分的玻璃纤维性价比高,尺寸稳定性好,耐腐蚀、耐热,易加工2,近年来用玻璃纤维掺混改性工程塑料的研究日益广泛3。玻璃纤维增强复合材料,是以聚合物为基体,以玻璃纤维为增强材料而制成的复合材料,综合了聚合物和玻璃纤维的性能。玻璃纤维增强的复合材料按纤维的长度分类,可分为长纤维复合材料和短纤维复合材料。玻璃纤维按化学组分可分为无碱铝硼硅酸盐(简称无碱纤维)和有碱无硼硅酸盐(简称中碱纤维)。玻璃纤维可用于增强PA、ABS、聚酰胺、PET等热塑性塑料,也可用于增强环氧聚酰胺、酚醛聚酰胺等热固性塑料。玻璃纤维增强塑料具有比强度高、耐腐蚀、隔热、成型收缩率小等优点。此外,利用玻璃纤维增强可以使塑料的拉伸性能大幅度提高。本文以通用聚酰胺为基体,利用短切玻璃纤维(事先用硅烷偶联剂进行表面处理)对其进行共混改性,并对复合材料体系中玻璃纤维的含量及各项性能进行了较详细的研究和讨论。维(长度310mm,直径10～14μm),32氨基三乙氧基硅烷(KH-550)。112主要设备高速捏合机GH～10,双螺杆挤出机SHJ30A(长径比25),注塑机HTB80,AG-20I型电子式万能试验机,C-25型摆锤冲击试验机,101C-1型电热鼓风干燥箱,JSM-6380LV型扫描电子显微镜(二次电子像分辨率60×10-10m)。113试样制备用10%偶联剂KH50对玻璃纤维进行表面处理,混合均匀后通过双螺杆挤出机造粒。挤出机各段温度为210℃、220℃、225℃、230℃、230℃,机头温度为215℃。制备的共混粒料在鼓风干燥箱于90℃干燥8h,然后注射成复合材料试样进行性能测试。114性能测试冲击性能,按GB/T1043-1993进行测试;弯曲性能,按GB/T9341-2000进行测试;拉伸强度按GB1042-1992进行测试。2211结果与讨论玻璃纤维用量对复合材料性能的影响图1、图2和图3分别为玻璃纤维不同含量对聚酰胺复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击性能的影响关系图。从图1和图2可以看出,伴随着玻璃纤维加入量的增大,聚酰胺复合材料的拉伸性能和弯曲性能呈先上升后降低趋势,当玻璃纤维用量约为30%时,材料的拉伸强度、1实验部分111主要原料聚酰胺6(PA6,相对黏度318),无碱短玻璃纤作者简介:王艇,大连海新工程技术有限公司,助理工程师收稿日期:2009209221第2期王艇:玻璃纤维增强聚酰胺性能的研究19拉伸模量和弯曲强度、弯曲模量最好,这时的拉伸强度、弹性模量、弯曲强度和弯曲模量分别增长了4518%、10011%、5711%和11014%。在聚酰胺复合材料中,玻璃纤维起着骨架结构增强作用,以承担应力和载荷。同时,玻璃纤维还可以促进聚酰胺结晶,起成核剂作用,可在一定程度上提高材料的强度。图1是玻璃纤维用量对聚酰胺复合材料拉伸性能的影响。从图1可以看出,随着玻璃纤维用量的增加,聚酰胺复合材料的断裂伸长率呈下降趋势,拉伸强度先减小后增大。这可能是由于加入少量玻璃纤维时,纤维与纤维之间相互作用比较弱,纤维缠结的程度很低,使得分子之间的作用力减小,拉伸强度降低4。当玻璃纤维用量增大时,大量的玻璃纤维在基体中形成三维空间交叉结构,部分纤维会发生缠结,从而使拉伸强度逐渐提高...