玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维的制备及其力学性能.pdf

第4 9卷 第3期2 0 2 3年6月东华大学学报(自然科学版)J OUR NA L O F D ON GHUA UN I V E R S I T Y(NA TUR A L S C I E N C E)V o l.4 9,N o.3J u n.2 0 2 3 文章编号:1 6 7 1-0 4 4 4(2 0 2 3)0 3-0 0 3 9-0 7 D O I:1 0.1 9 8 8 6/j.c n k i.d h d z.2 0 2 2.0 4 0 9收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 6基金项目:国家重点研发计划项目(2 0 2 1 Y F B 3 7 0 1 6 0 0);国家自然科学基金面上项目(5 1 8 7 3 0 3 2);中央高校基本科研业务费自由探索项目(2 2 3 2 0 2 2 D-0 7)通信作者:刘津,男,实验师,研究方向为硅酸盐材料结构性能及成型工艺,E-m a i l:l j d h u.e d u.c n;汪庆卫,男,教授,研究方向为无机材料,E-m a i l:w q w q 8 8 8d h u.e d u.c n引用格式:刘津,谢泽金,章宦耀,等.玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维的制备及其力学性能J.东华大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 9(3):3 9-4 5.L I U J,X I E Z J,Z HANG H Y,e t a l.P r e p a r a t i o n a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f g l a s s f i b e r r e i n f o r c e d p o l y p r o p y l e n e c o m p o s i t e f i b e r sJ.J o u r n a l o f D o n g h u a U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e),2 0 2 3,4 9(3):3 9-4 5.玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维的制备及其力学性能刘 津a,b,谢泽金a,章宦耀a,b,汪庆卫c,d,朱娟娟a,b,王宏志b,c,d,罗理达c,d(东华大学 a.材料科学与工程学院,b.纤维材料改性国家重点实验室,c.先进玻璃制造技术教育部工程研究中心,d.中国轻工业特种玻璃及搪瓷重点实验室,上海 2 0 1 6 2 0)摘要:为探索玻璃和聚丙烯两相间的界面结合效果和长期稳定性,实现玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维的产业化制备,采用不同质量分数的玻璃纤维(增强剂)和聚丙烯接枝马来酸酐(相容剂),以及玻璃纤维表面改性和不同纺丝速度等试验方案,制备玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维并研究其力学性能。通过差示扫描量热仪和熔融指数仪确定了样品的可纺性;通过红外光谱仪、扫描电镜等分析了表面改性玻璃纤维(表面改性剂为硅烷偶联剂KH 5 5 0)与聚丙烯之间的界面结合机理和效果。力学测试结果表明:玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维的拉伸强度相比纯聚丙烯纤维最多提高2 9.7%;相比纯聚丙烯的注塑样品,二次熔融制备的玻璃纤维增强聚丙烯注塑样品的拉伸强度、弯曲模量、抗冲击强度分别提高2 9.2%、3 7.5%、2 2.3%。关键词:玻璃纤维增强聚丙烯;复合纤维;力学性能;熔融纺丝中图分类号:T Q 3 4 2 文献标志码:AP r e p a r a t i o n a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f g l a s s f i b e r r e i n f o r c e d p o l y p r o p y l e n e c o m p o s i t e f i b e r sL I U J i na,b,X I E Z e j i na,ZHANG H u a n y a oa,b,WANG Q i n g w e ic,d,ZHU J u a n j u a na,b,WANG H o n g z h ib,c,d,L U O L i d ac,d(a.C o l l ege o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E ngi n e e r i ng,b.S t a t e K ey L a b o r a t o ry o f M o d i f i c a t i o n o f F i b e r M a t e r i a l s,c.E ngi n e e r i ng C e n t e r o f A d v a n c e d G l a s s M a n u f a c t u r i ng T e c h n o l og y,M i n i s t ry o f E d u c a t i o n,d.K ey L a b o r a t o ry o f Spe c i a l G l a s s a n d E n a m e l f o r C h i n a L igh t I n d u s t ry,D o ngh u a U n i v e r s i ty,S h a ngh a i 2 0 1 6 2 0,C h i n a)A b s t r a c t:G l a s s f i b e r r e i n f o r c e d po ly pr op yl e n e c o mpo s i t e f i b e r w a s pr epa r e d by t h e e xpe r i m e n t a l s c h e m e s o f a d d i ng d i f f e r e n t m a s s f r a c t i o n s o f gl a s s f i b e r(r e i n f o r c i ng age n t)a n d po ly pr op yl e n e gr a f t i ng m a l e i c a n hyd r i d e(c o mpa t i b l e age n t),a n d m o d i fyi ng gl a s s f i b e r s u r f a c e a n d t a k i ng d i f f e r e n t spi n n i ng spe e d s.T h e s t u dy a i m s t o e xpl o r e t h e i n t e r f a c e c o m b i n a t i o n e f f e c t a n d l o ng-t e r m s t a b i l i ty o f gl a s s a n d po ly pr op yl e n e,a n d r e a l i z e t h e i n d u s t r i a l pr epa r a t i o n o f gl a s s f i b e r r e i n f o r c e d po ly pr op yl e n e c o mpo s i t e f i b e r.T h e m e c h a n i c a l pr ope r t i e s o f t h e c o mpo s i t e f i b e r w e r e s t u d i e d.T h e spi n n a b i l i ty o f t h e s a mpl e w a s d e t e r m i n e d by d i f f e r e n t i a l s c a n n i ng c a l o r i m e t e r a n d m e l t i ng i n d e x.T h e m e c h a n i s m a n d e f f e c t o f 东华大学学报(自然科学版)第4 9卷 i n t e r f a c e b o n d i ng b e t w e e n po ly pr op yl e n e a n d gl a s s f i b e r m o d i f i e d by s i l a n e c o upl i ng age n t KH 5 5 0 w e r e a n a lyz e d by i n f r a r e d spe c t r o m e t e r a n d s c a n n i ng e l e c t r o n m i c r o s c ope.T h e r e s u l t s o f t h e m e c h a n i c a l t e s t s s h o w t h a t t h e t e n s i l e s t r e ngt h o f gl a s s f i b e r r e i n f o r c e d po ly pr op yl e n e c o mpo s i t e f i b e r i n c r e a s e s 2 9.7%a t m o s t c o mpa r e d w i t h pu r e po ly pr op yl e n e f i b e r.T h e pl a s t i c i nje c t i o n s a mpl e w a s pr epa r e d by s e c o n d a ry m e l t i ng o f gl a s s f i b e r r e i n f o r c e d po ly pr op yl e n e.I t s t e n s i l e s t r e ngt h,b e n d i ng m o d u l u s i n c r e a s e,a n d i mpa c t r e s i s t a n c e i n c r e a s e by 2 9.2%,3 7.5%,2 2.3%r e spe c t i v e ly,c o mpa r e d w i t h t h e pl a s t i c i nje c t i o n s a mpl e pr epa r e d by pu r e po ly pr op yl e n e.K e y w o r d s:gl a s s f i b e r r e i n f o r c e d po ly pr op yl e n e;c o mpo s i t e f i b e r;m e c h a n i c a l pr ope r ty;m e l t spi n n i ng 聚丙烯(p o l y p r o p y l e n e,P P)纤维因具有密度低、耐化学腐蚀性好、性价比高、加工工艺简单等特点1-3,在水泥道路、汽车配件、塑料日用品、渔业养殖、体育用品和安全防护等领域得到广泛的应用4-8。然而,作为热塑性纤维,P P纤维的力学性能易受温度、压力等环境因素的影响,出现拉伸强度和弹性模量降低、抗冲击性能变差等问题,这限制了P P纤维应用领域的进一步拓展9-1 0。为此,研究者们开展了一系列P P纤维的改性研究。例如:M i a o等1 1通过对复合材料中增容剂的种类和数量进行调控,研究增容剂对氧化石墨烯/聚丙烯复合纤维的界面结合力的影响;T a m b e等1 2制备了胺基功能化 多 壁 碳 纳 米 管 填 充 聚 丙 烯 的 复 合纤维,并研究 了 其 结 构 与 性 能 之 间 的 关 系;迟 文仲等1 3通过改变添加的矿渣粉体的尺寸和 比例来增强聚丙烯复合纤维的力学性能,同时改善了矿渣增强聚丙 烯 复 合 纤 维 在 水 泥 基 砂 浆 中 的 分散均匀性。玻璃纤维(g l a s