・86・
文章编号:1002-6886(2007)06-0086-02
现代机械 2007年第6期
高强度高韧性PVC复合材料的研究
洪升,钱志军,姜岩世,慕雪鹏
(贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵州 贵阳 550014)
摘要:为了进一步提高玻璃纤维PVC材料的韧性,对PVC/玻璃纤维复合体系的增韧进行了研究,考察了玻璃纤维、弹性体POE2MAH对共混材料力学性能的影响。采用POE2MAH、玻璃纤维和PVC共混改性的方法,在保持复合材料拉伸强度的同时,较大地提高了冲击强度,获得了综合力学性能优异的纤维增强PVC材料。关键词:聚氯乙稀 玻璃纤维 增强 增韧 共混改性
ToughenedandReinforcedPVCPlastic
HONGSheng,QIANZhi2jun,JIANGYan2shi,MUXue2peng
Abstract:ToimprovebrittlenessofPVC/glass2fibercompositesreinforcingandtougheningforPVC/glass2fibercompositeswerestudied.Influencesofglass2fiberandmodifiedpolymersparticlesontpropertieswereobserved.Compositeswithwellgeneralmechanicalproperties,suchasimpactstrengthwereob2tainedbyadoptingtechnologiesofpolyolefinandglass2fiber.
Keywords:polyvinylchloride;glass2fiber1 前言
聚氯乙烯(PVC)等优良的综合性能,门窗异型材、汽车和冰箱用型材及密封条等。但与工程塑料相比较,PVC存在缺口冲击强度低、加工性能差、耐热性差的缺陷[1]。脆性是PVC的主要弱点之一,对纯PVC树脂的增韧改性工作,文献上已经作了很多叙述。例如,弹性体能显著提高PVC的韧性,改善了低温冲击性能,但又使PVC的刚性大大下降[223]。PVC经玻纤增强改性后[4],其强度、刚度、模量、抗疲劳性、耐蠕变、耐化学腐蚀性和耐热性都有较大程度的提高,但玻璃纤维增强的复合材料只有纤维和基体的界面粘结性好时才能同时起到增强增韧的目的,同时玻纤增强的PVC复合材料的韧性还有待提高,如能基本保持PVC材料的强度、刚度、耐热性能的同时进一步提高PVC材料的韧性、将对进一步扩大PVC塑料的使用范围起到积极推动作用。本文选用胺基较多的硅烷偶联剂和聚醚型成膜剂处理玻璃纤维,增加纤维和基体的粘结性,发挥玻纤增强增韧的目的,在此基础上添加弹性体POE2MAH,分别制备玻纤增强PVC复合材料和玻纤增强POE2MAH增韧PVC复合材料,研究弹性体对玻纤增强PVC复合材料性能的影响规律,制备具有较高的刚性、较高的韧性综合性能优越的复合材料。
玻璃纤维,市售;聚醚型成膜剂,市售;
KH2792偶联剂,市售;2.2主要设备
挤出机:SJ245X25F上海轻工机械股份有限公司注塑机:CJ80MZ2NC:广东震德塑料机械有限公司;电液伺服材料实验机:INSTRON8501:英国;
塑料切粒机:PQ100/200化工部晨光塑料机械研究所;
摆锤冲击实验机:ZBC24深圳市新三思计量计量技术有限公司;
维卡软化点测试仪:RRHDV4英国RAY2RAN公司。2.3主要性能测试
拉伸强度 GB1040292 弯曲强度 GB9341288冲击强度 GB/T1043293维卡软化点 GB/T163422
3 实验制备
3.1玻璃纤维的表面处理
玻璃纤维按下列步骤处理:
将短切玻璃纤维置于马弗炉中,450℃烘
0.5h,彻底去除表面有
机物,再在水溶液中浸
泡1h,取出,放入鼓风烘箱内,110℃烘干10h,备用。3.2PVC/玻纤复合材料的制备
带有处理剂的玻璃纤维和PVC等原料在高速混合机
2 实验部分
2.1主要原料
聚氯乙烯(PVC),上海氯碱申峰;POE2MAH,市售;
),女,硕士,贵州大学材料冶金学院研究生,研究方向:高强度、 作者简介:洪 升(1979—高耐热PVC/PA6共混物的制备、性能及应用研究。
收稿日期:2007-6-4
材料科学
增大,当玻纤含量达到30%时,GF/POE2MAH/PVC比GF/PVC的拉伸强度降低5.3%。
图4表明添加POE2MAH后在同样玻纤含量下复合材料的缺口冲击强度升高,但随着玻纤含量的增加缺口冲击强度逐渐增大,当玻纤含量达到30%时,GF/POE2MAH/PVC比GF/PVC的缺口冲击强度升高87.5%。
因此POE2MAH和GF增强增韧的PVC复合增强PVC,85%以上,而拉伸强度、弯曲强度、维卡软化温度下降均不到10%。
・87・
中混合,经单螺杆挤出机挤出注塑机注塑成标准样条。
4 结果与讨论
4.1玻璃纤维的加入对PVC及增韧PVC复合材料性能的影响
基于玻璃纤维加入量过低对复合材料性能的改善甚微,而含量过高给制备工艺带来较大的困难,玻璃纤维含量控制在10%、20%、30%。我们制备了玻纤增强PVC复合材料和玻纤增强POE2MAH增韧PVC复合材料,表1是GFPVC(玻纤含量为10%～30%)与PVC及玻纤含量为10%～30%时的POE2MAH增韧PVC复合材料的拉伸、弯曲、冲击性能及耐热性能的比较。表1 不同组分增强增韧的PVC复合材料力学性能
序号
PVC(%)POE2g2MAH(%)GF(%)
11000060
29001067
[1**********]5.347003092
59010046
[1**********]
[1**********]1
860103084拉伸强度(MPa)弯曲强度(GPa)缺口冲击强度
(kJ/m-2)
90.81022.4
3.579
15272.37.232577
78
)75维卡软化温度(℃
,界面的粘结强度是影响复合材料性能的重要因数,大量研究[5]发现含胺较多的硅烷偶联剂它的烷氧基水解后产生的羟基与玻璃表面的吸附水或硅醇反应形成氢键或化学键而覆盖在玻璃纤维表面,而它的活性胺部分对高温加工时PVC树脂脱HCl,产生烯丙基氯原子的过程具有催化作用,且可与其发生反应生成共价键,从而形成玻璃纤维与树脂界面的良好粘结,但由于氨基硅烷产生的烯丙基氯的量不够。引入聚醚型的成膜剂对烯丙基氯的生成有极好的催化作用。我们添加1%的含胺基较多的硅烷偶联剂KH792,同时添加0.5%的聚醚型成膜剂。由表1可见玻纤增强的PVC复合材料和玻纤增强的POE2MAH增韧的PVC复合材料,随着玻纤含量的增加复合材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度和维卡软化温度逐渐增大,说明聚醚型成膜剂和KH2792偶联剂的共同作用使玻纤和基体之间具有很好的界面粘结性,材料的力学性能明显提高,达到了增强增韧的目的。
4.2GF/PVC及GF/POE2MAH/PVC复合材料性能比较
图2表明添加POE2MAH后在同样玻纤含量下复合材料的拉伸强度降低,但随着玻纤含量的增加强度逐渐增大,当玻纤含量达到30%时,GF/POE2MAH/PVC比GF/PVC的拉伸强度降低8.7%。
图3表明添加POE2MAH后在同样玻纤含量下复合材料的弯曲强度降低,但随着玻纤含量的增加弯曲强度
5 结论
1)胺基较多的硅烷偶
联剂KH2792和聚醚型成膜剂处理的玻璃纤维与PVC的界面粘结性好,玻纤起到了增强增韧的目的。
2)添加弹性体POE2MAH增韧PVC,再采用GF增强时,共混物的拉伸强度、弯曲强度略低于GF增强的PVC,但缺口冲击强度明显高于GF增强的PVC,在添加30%GF时,GF/POE2MAH/PVC复合材料与GF/PVC复合材料相比拉伸强度、弯曲强度下降不到10%,但缺口冲击强度提高87.5%。GF/POE2MAH/PVC增强增韧的复合材料具有很高的刚性和较高的韧性,耐热性等综合性能优越,其力学性能均衡的特点。
参考文献
1朱丹.聚氯乙烯共混改性研究进展[J].上海塑料.2002,12(4):3242张桂云.CPE对PVC/SBR共混体系增容作用的研究[J].现代塑料
加工应用,1997,9(3):629
3赵磊.我国聚氯乙烯增韧改性研究的最新进展[J].中国塑料,2000,14(1):8217
4胡廷永.玻璃纤维增强聚氯乙烯(GFRPVC)复合材料的研究[J].
复合材料学报,1996,13(2):22228
5顾庆根.玻璃纤维增强聚氯乙烯界面结构优化及性能研究[J].华
东理工大学学报,1995,219(5):5902594
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文章编号:1002-6886(2007)06-0086-02
现代机械 2007年第6期
高强度高韧性PVC复合材料的研究
洪升,钱志军,姜岩世,慕雪鹏
(贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵州 贵阳 550014)
摘要:为了进一步提高玻璃纤维PVC材料的韧性,对PVC/玻璃纤维复合体系的增韧进行了研究,考察了玻璃纤维、弹性体POE2MAH对共混材料力学性能的影响。采用POE2MAH、玻璃纤维和PVC共混改性的方法,在保持复合材料拉伸强度的同时,较大地提高了冲击强度,获得了综合力学性能优异的纤维增强PVC材料。关键词:聚氯乙稀 玻璃纤维 增强 增韧 共混改性
ToughenedandReinforcedPVCPlastic
HONGSheng,QIANZhi2jun,JIANGYan2shi,MUXue2peng
Abstract:ToimprovebrittlenessofPVC/glass2fibercompositesreinforcingandtougheningforPVC/glass2fibercompositeswerestudied.Influencesofglass2fiberandmodifiedpolymersparticlesontpropertieswereobserved.Compositeswithwellgeneralmechanicalproperties,suchasimpactstrengthwereob2tainedbyadoptingtechnologiesofpolyolefinandglass2fiber.
Keywords:polyvinylchloride;glass2fiber1 前言
聚氯乙烯(PVC)等优良的综合性能,门窗异型材、汽车和冰箱用型材及密封条等。但与工程塑料相比较,PVC存在缺口冲击强度低、加工性能差、耐热性差的缺陷[1]。脆性是PVC的主要弱点之一,对纯PVC树脂的增韧改性工作,文献上已经作了很多叙述。例如,弹性体能显著提高PVC的韧性,改善了低温冲击性能,但又使PVC的刚性大大下降[223]。PVC经玻纤增强改性后[4],其强度、刚度、模量、抗疲劳性、耐蠕变、耐化学腐蚀性和耐热性都有较大程度的提高,但玻璃纤维增强的复合材料只有纤维和基体的界面粘结性好时才能同时起到增强增韧的目的,同时玻纤增强的PVC复合材料的韧性还有待提高,如能基本保持PVC材料的强度、刚度、耐热性能的同时进一步提高PVC材料的韧性、将对进一步扩大PVC塑料的使用范围起到积极推动作用。本文选用胺基较多的硅烷偶联剂和聚醚型成膜剂处理玻璃纤维,增加纤维和基体的粘结性,发挥玻纤增强增韧的目的,在此基础上添加弹性体POE2MAH,分别制备玻纤增强PVC复合材料和玻纤增强POE2MAH增韧PVC复合材料,研究弹性体对玻纤增强PVC复合材料性能的影响规律,制备具有较高的刚性、较高的韧性综合性能优越的复合材料。
玻璃纤维,市售;聚醚型成膜剂,市售;
KH2792偶联剂,市售;2.2主要设备
挤出机:SJ245X25F上海轻工机械股份有限公司注塑机:CJ80MZ2NC:广东震德塑料机械有限公司;电液伺服材料实验机:INSTRON8501:英国;
塑料切粒机:PQ100/200化工部晨光塑料机械研究所;
摆锤冲击实验机:ZBC24深圳市新三思计量计量技术有限公司;
维卡软化点测试仪:RRHDV4英国RAY2RAN公司。2.3主要性能测试
拉伸强度 GB1040292 弯曲强度 GB9341288冲击强度 GB/T1043293维卡软化点 GB/T163422
3 实验制备
3.1玻璃纤维的表面处理
玻璃纤维按下列步骤处理:
将短切玻璃纤维置于马弗炉中,450℃烘
0.5h,彻底去除表面有
机物,再在水溶液中浸
泡1h,取出,放入鼓风烘箱内,110℃烘干10h,备用。3.2PVC/玻纤复合材料的制备
带有处理剂的玻璃纤维和PVC等原料在高速混合机
2 实验部分
2.1主要原料
聚氯乙烯(PVC),上海氯碱申峰;POE2MAH,市售;
),女,硕士,贵州大学材料冶金学院研究生,研究方向:高强度、 作者简介:洪 升(1979—高耐热PVC/PA6共混物的制备、性能及应用研究。
收稿日期:2007-6-4
材料科学
增大,当玻纤含量达到30%时,GF/POE2MAH/PVC比GF/PVC的拉伸强度降低5.3%。
图4表明添加POE2MAH后在同样玻纤含量下复合材料的缺口冲击强度升高,但随着玻纤含量的增加缺口冲击强度逐渐增大,当玻纤含量达到30%时,GF/POE2MAH/PVC比GF/PVC的缺口冲击强度升高87.5%。
因此POE2MAH和GF增强增韧的PVC复合增强PVC,85%以上,而拉伸强度、弯曲强度、维卡软化温度下降均不到10%。
・87・
中混合,经单螺杆挤出机挤出注塑机注塑成标准样条。
4 结果与讨论
4.1玻璃纤维的加入对PVC及增韧PVC复合材料性能的影响
基于玻璃纤维加入量过低对复合材料性能的改善甚微,而含量过高给制备工艺带来较大的困难,玻璃纤维含量控制在10%、20%、30%。我们制备了玻纤增强PVC复合材料和玻纤增强POE2MAH增韧PVC复合材料,表1是GFPVC(玻纤含量为10%～30%)与PVC及玻纤含量为10%～30%时的POE2MAH增韧PVC复合材料的拉伸、弯曲、冲击性能及耐热性能的比较。表1 不同组分增强增韧的PVC复合材料力学性能
序号
PVC(%)POE2g2MAH(%)GF(%)
11000060
29001067
[1**********]5.347003092
59010046
[1**********]
[1**********]1
860103084拉伸强度(MPa)弯曲强度(GPa)缺口冲击强度
(kJ/m-2)
90.81022.4
3.579
15272.37.232577
78
)75维卡软化温度(℃
,界面的粘结强度是影响复合材料性能的重要因数,大量研究[5]发现含胺较多的硅烷偶联剂它的烷氧基水解后产生的羟基与玻璃表面的吸附水或硅醇反应形成氢键或化学键而覆盖在玻璃纤维表面,而它的活性胺部分对高温加工时PVC树脂脱HCl,产生烯丙基氯原子的过程具有催化作用,且可与其发生反应生成共价键,从而形成玻璃纤维与树脂界面的良好粘结,但由于氨基硅烷产生的烯丙基氯的量不够。引入聚醚型的成膜剂对烯丙基氯的生成有极好的催化作用。我们添加1%的含胺基较多的硅烷偶联剂KH792,同时添加0.5%的聚醚型成膜剂。由表1可见玻纤增强的PVC复合材料和玻纤增强的POE2MAH增韧的PVC复合材料,随着玻纤含量的增加复合材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度和维卡软化温度逐渐增大,说明聚醚型成膜剂和KH2792偶联剂的共同作用使玻纤和基体之间具有很好的界面粘结性,材料的力学性能明显提高,达到了增强增韧的目的。
4.2GF/PVC及GF/POE2MAH/PVC复合材料性能比较
图2表明添加POE2MAH后在同样玻纤含量下复合材料的拉伸强度降低,但随着玻纤含量的增加强度逐渐增大,当玻纤含量达到30%时,GF/POE2MAH/PVC比GF/PVC的拉伸强度降低8.7%。
图3表明添加POE2MAH后在同样玻纤含量下复合材料的弯曲强度降低,但随着玻纤含量的增加弯曲强度
5 结论
1)胺基较多的硅烷偶
联剂KH2792和聚醚型成膜剂处理的玻璃纤维与PVC的界面粘结性好,玻纤起到了增强增韧的目的。
2)添加弹性体POE2MAH增韧PVC,再采用GF增强时,共混物的拉伸强度、弯曲强度略低于GF增强的PVC,但缺口冲击强度明显高于GF增强的PVC,在添加30%GF时,GF/POE2MAH/PVC复合材料与GF/PVC复合材料相比拉伸强度、弯曲强度下降不到10%,但缺口冲击强度提高87.5%。GF/POE2MAH/PVC增强增韧的复合材料具有很高的刚性和较高的韧性,耐热性等综合性能优越,其力学性能均衡的特点。
参考文献
1朱丹.聚氯乙烯共混改性研究进展[J].上海塑料.2002,12(4):3242张桂云.CPE对PVC/SBR共混体系增容作用的研究[J].现代塑料
加工应用,1997,9(3):629
3赵磊.我国聚氯乙烯增韧改性研究的最新进展[J].中国塑料,2000,14(1):8217
4胡廷永.玻璃纤维增强聚氯乙烯(GFRPVC)复合材料的研究[J].
复合材料学报,1996,13(2):22228
5顾庆根.玻璃纤维增强聚氯乙烯界面结构优化及性能研究[J].华
东理工大学学报,1995,219(5):5902594