长玻纤增强PP的实验计划

1 实验测试表征

1.1 纤维长度及纤维分布测定

将复合材料样本置于微波辐射炉中或马福炉中高温裂解，550℃下进行裂解，在裂解物中将玻璃纤维剥离出来，然后将其分散于水中，然后用光学纤维镜进行观察和测定，可以得到纤维长度和也可以通过软件进行半自动地纤维分布的计算。

1.2 形貌分析

用SEM 观察断口形貌及GF在基体PP中的分布及断面形貌

1.3 力学分析

主要采用万能材料试验机测试拉伸强度，断裂伸长、弯曲性能（强度、模量等）等

采用冲击实验机测定材料缺口悬臂梁冲击强度

1.4 热分析

1.4.1采用DMA 动态力学分析仪进行分析得到Tg 和tgδ 1.4.2采用DSC 研究GF/PP复合材料的结晶动力学

1.5 广角X射线衍射扫描分析

用WAXD研究GF/PP的结晶度。

2 成型及实验方案

2.1 主要成型加工条件多复合材料基体中纤维长度及纤维均匀性（分布）及复合材料力学性能的影响

2.1.1成型加工温度(喂料 螺杆各区温度，主要是第二组螺杆)

 加料段180℃～190℃

 压缩段、计量段渐次升高温度可在210℃～240℃之间进行调解  机头口模温度略低于计量段温度。

2.1.2 两组螺杆转速调节，主要是第二组双螺杆的转速调节

2.1.3 浸渍与否、浓度、时间

2.1.3 第二组双螺杆不同组合元件的搭配，考虑增加或减少混合原件（更换螺杆元件较繁琐，可最后考虑）

2.2 不同填加组份及纤维量等对复合材料力学性能、热性能、断面形貌、结晶性等的影响

2.2.1偶联剂的加入否，加入种类（KH-550、A-151，A-172，A-174）对纤维在PP基体中分散性的影响

2.2.2 纤维的加入量（10%～40%）对复合材料力学性能、热性能、结晶度的影响

2.2.3 纤维的长度（相同纤维加入量，不同剪切情况下）对复合材料力学性能、热性能、结晶度的影响

2.2.4 不同填加组份（填充体系、润滑体系等）对复合材料力学性能、热性能、形貌的影响

2.3 GF/PP复合材料结晶动力学研究（等温、非等温） 2.4 GF/PP复合材料中纤维长度、分布、纤维取向等数学计算模型的建立及研究

2.5 GF/PP复合材料的应用研究

3 原料

3.1 PP

选用PP原料主要依据两条原则，一是根据增强和改性PP产品性能对PP的要求，从而确定选用的是均聚PP、共聚PP还是化学处理PP。第二个原则是改性PP所加工的制品的几何形状和尺寸所要求的流动性能。

对于本实验选择用的PP其与玻纤共混，即是制备增强改性PP，然后期望将增强PP用于汽车行业的相关内外饰件的制备，那么就希望在原料的选择时保证材料的刚性和韧性平衡，因此在实验的选用过程可以考虑均聚PP与共聚PP混合使用，采用高流动性的PP和低流动性的PP混合使用，可以保证材料的流动性在适宜的加工范围内，同时具有高的韧性。当然在进行具体配比的时候要根据实际情况选择相应均聚及共聚PP的比例搭配，应该已共聚PP为主，适当的填加少量的均聚PP降低成本的同时，减少脆性又可以增加加工时PP的流动性。

表1 PP的部分牌号

品名 共聚级 共聚级 共聚级 共聚级

型号 K8303 K7726 EPF30R EPS30R

产地 燕化 燕化 独山子 独山子

MIg/10min 1.5 29 11-15 1.2-1.8

特性及用途

共聚注塑，高抗冲，器具，汽车部件

共聚注塑，高抗冲，洗衣机桶及汽车部件

包装用品、罩板、家庭用品 中抗冲聚丙烯共聚产品，主要用于生产板条箱、中空材材、片材等

共聚级 共聚级

EPS30R EPS30R

天联 1.5 板条箱、桶包装袋、重型包装箱

中抗冲聚丙烯共聚产品，主要用于生产板条箱、中空材材、片材等

齐鲁石化 1.2-1.8

共聚级 共聚级 共聚级 共聚级 共聚级 均聚级 均聚级 均聚级 吹膜级

P340 1340 K7726 K1003 K9920 1400 1700 2410 1088B

盘锦 燕化 燕化 燕化 燕化 燕化 燕化 燕化

0.7-1.3 1.2 35 3 20 3 11 2.5

管材、管件、食品箱 室外用耐高冲击，饮料瓶箱等 汽车内部装饰，非FDA 通用注塑类产品 汽车内部装饰，非FDA 汽车部件及家俱 篮子，盘子等 机械及汽车零部件

薄膜级吹塑膜，一般用途，一般包装膜，食品服装 共聚注塑透明，医用注射料 透明性好（透明容器）

大韩油化 11 燕化 韩国SK

16 20

透明聚丙1828 烯

透明聚丙370Y 烯

3.2 偶联剂

由于PP是非极性有机物，与无机填充物的分子结构及物理形态极不相同，即使选用的玻璃纤维已进行相应表面处理，在实际的加工中对两相间的相容性可能有一定的改善，但若在进行共混的时候不能有效地使两相良好相容，可以考虑在

玻纤加入到挤出共混设备之前将长玻纤进行预浸渍，即是添加偶联剂进行浸渍。偶联剂通过化学和或物理的作用将两种性能差异很大的，原来不易结合的材料较牢固地结合起来。特别是无机增强材料与非极性的聚合物，如PP、PE等复合时，由于性质上的绝然不同，使许多性能特别是力学性能得到极大的改善。

偶联剂的种类很多有机酸铬络合物、有机硅偶联剂、钛酸酯偶联剂、磺酰叠氮偶联剂，其中目前应用最多的品种是钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂。其中钛酸酯偶联剂对于无机填充料与热塑性聚合物具有良好的偶联效果。可提高聚合物的冲击强度，对熔体的流动性影响不大；而又研究表明硅烷偶联剂尤其是氨基硅烷类偶联剂对于GF/PP体系改性效果更好。实验中可以考虑选用的偶联剂型号有KH-550,A-151，A-172，A-174等

3.3 增强纤维及非纤维填料的选择 3.3.1 玻璃纤维

本研究的主要增强成分，由于主要研究的目标是长纤维增强PP，所以在选择玻璃纤维的时候要选择适用于本研究基本PP的经过适当表面处理改性的长玻纤。 3.3.2 碳纤维

价格较贵可用的有PAN纤维和沥青纤维，其中PAN纤维性能更优但价格更高，力学性能要求不突出且要求导电可考虑沥青纤维，在本研究当中也只是可能考虑加少量的PAN纤维来进行对比研究。 3.3.3 玻璃微珠

非纤维填料合添加剂有时与纤维一起使用，以降低成本和提高材料的某种特殊性能,玻璃微珠既是其中比较典型的一种非纤维填料，其会减少各向异性产品的收缩率,并且能够改善复合材料的外观，各种颗粒尺寸的玻璃微珠都需要经过表面偶联剂处理，在用于塑料的玻璃微珠主要是30微米直径的品种。 3.3.4 填充剂

对于PP而言，常用的填充剂有滑石粉、碳酸钙、云母和木屑等等。本实验如考虑加入填充剂可考虑采用滑石粉作为PP的填充剂，滑石粉的整体机械性能比较好，并且滑石粉是PP的成核剂，具有增强作用，但在具体选用时候要选择经过表面处理的滑石粉，否则会降低PP的稳定性及相应加入稳定剂的效用。 3.4 抗氧体系的选择

PP是很容易被空气中氧气氧化的塑料。虽然它们在氮气等惰性气体环境中有较高的热稳定性，并优于聚氯乙烯、聚苯乙烯等一股通用塑料，但当暴露在大气中，特别是受到光和热作用时，它们的性质就逐渐变坏。一克聚合物只要吸收1—2毫升的氧就会老化而足以破坏它的物理机械性质。

由于聚丙烯分子中存在叔碳，因此比聚乙烯更易老化。试验表明，未加稳定剂的聚丙烯树脂在150℃经0.5～3.5小时或在广州地区户外曝晒12天就发脆，未加稳定剂的聚丙烯粉末在室内放置4个月就变质。由此可见，未加稳定剂的聚丙烯没有使用价值，甚至不能过加工关。因此加入抗氧剂或防老剂、光稳定剂对聚丙烯塑料的加工、储存和应用就显得十分必要。

根据作用机理的不同，抗氧刘可分为游离基链反应终止剂(也称主抗氧剂)和过氧化物分解剂(辅助抗氧剂)两类。合并使用两种或两种以上的抗氧剂与紫外线稳定剂，如比单独使用一种的效果小．就叫做抵消作用，如比单独使用一种的效果大，就叫做协同作用。将游离基链反应终止剂和过氧化物分解剂并用，可显著提高抗氧化能力。

胺类抗氧剂如DNP虽对稳定聚丙烯有良好效果，但是由于污染性、着色性和毒性等原因，因此在要求无色(或浅色)和无毒的制品中很少使用。应用较普通的是酚类抗氧剂，其中分子量较大的抗氧剂1010、1076、858、330等的效果较好。尤其是它们和辅助抗氧剂DLTP、DSTP有协同作用，把它们跟这些抗氧剂并用，可以获得良好的稳定效果，硫酯类辅助抗氧剂中DSTP与酚类抗氧剂的协同效果较好，但它与聚合物相溶性较差，当添加量多时，会有喷霜现象．

值得注意的是在户外使用的PP塑料制品，除需具有热稳定性外还需具有光稳定性。关于聚丙烯塑料防老体系中两种或两种以上的抗氧剂与紫外线稳定剂的并用配方可参考上表2所示：

表2 光热稳定性好，可户外使用的聚丙烯塑料配方

脆 化 时 间 总 稳 定 剂 名 称 浓度 配 比 150℃热老化(小时) 1010＋DLTP＋UV-327 1010＋DLTP＋UV-327 1010＋DLTP＋UV-327 1010＋DSTP＋三嗪－5 CA＋DSTP＋三嗪－5 1010＋ZnO＋UV-327 1010＋DSTP＋三嗪－5＋ZnO 1010＋DSTP＋三嗪－5＋碳黑

1.5 1.7 0.6 0.8 1.5 1.5 1.8 1.8

0.5:0.5:0.5 0.5:0.7:0.5 0.25:0.25:0.1 0.3:0.2:0.3 0.5:0.5:0.5 0.5:0.5:0.5 0.5:0.3:0.5:0.5 0.5:0.3:0.5:0.5

本实验如果要考虑填加抗氧剂和紫外线稳定剂可以考虑加入主抗氧剂即是抗氧剂1010、辅助抗氧剂为DLTP和紫外线稳定剂为UV－327。并且根据相关报道和经验三者配比可以为0.5 : 0.5 : 0.5（基体树脂PP为100）。

其中：

抗氧剂1010（化学名称为：四[β－（3，5二特丁基－4－羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯）属于酚类抗氧剂，外观呈白色粉末，熔点为119～123℃，分子量为1177.65。

抗氧剂DLTP（化学名称为：硫代二丙酸双十二酯）属硫类抗氧剂，外观呈白色絮片状结晶固体，熔点为38～40℃，分子量为514。

紫外光吸收剂UV－327（化学名称为：2－(2＇－羟基－3＇，5－二特丁基苯基)－5－氯苯并三唑）属苯并三唑类紫外线吸收剂。

3.6 润滑体系的选择

润滑剂是为了改善塑料，特别是热塑性塑料，在成型时的流动性和脱模性而添加的一种配合剂。更广义上说，润滑剂是为了改善聚合物加工性能的一种添加剂。润滑剂的主要作用是在加工过程中，降低塑料材料与加工机械之间和塑料材料分子之间的相互摩擦，从而改善塑料的加工性，并提高制品的性能。

若实验需要可若考虑加入润滑体系可以选用PE蜡和硬脂酸钙作为润滑体

1753 1273 1289 1956 1076 1166 2391 1713

大气老化（天） 15个月不脆 无色透明

200 146 263 209 163 20个月不脆 20个月不脆

无色透明 无色透明 浅黄色 浅黄色 白色 白色 黑色 备 注 系。

（A） PE蜡

就是聚乙烯蜡（PE-WAX），一种超低分子量聚乙烯。聚乙烯蜡一般分低聚物蜡、裂解蜡、聚合蜡以及调和蜡四种，国内生产的普遍是低聚物蜡，其他的裂解蜡，聚合蜡和调和蜡主要是国外生产较多，聚合蜡的性能理论上分析好于裂解蜡，具体使用需看产品的相容性。一般主要用在改善聚烯烃塑料流动性、提高填料、助剂分散性等方面。

PE蜡有很强的外部润滑作用，又有极优的内部润滑机能，有很好的改善爽滑性。软化点高、熔融度低、热稳定性好、分散性好。提高塑料加工吐出量，具有塑料加工流动性与脱膜性。在常温下抗湿性、电性能优、耐化学药品等。使用成本低，无毒性。 （B） 硬脂酸钙

硬脂酸钙作为润滑剂，可提高聚烯烃类在挤出成型（薄膜、纤维、仿形等）和压制成型时的可加工性以及热塑性塑料的脱模性且无毒，环保。

硬脂酸钙长期稳定性较好。在PP中又可作为卤素吸收剂可以消除树脂中残留的催化剂对树脂颜色和稳定性的不良影响。在国外广泛用作提高塑料的耐热性，改善耐气候性初期着色性和透气性，将取代有相同性能的有毒稳定剂。 因此体系选用硬脂酸钙作为润滑剂同时作为稳定剂。