玻璃纤维在热塑性塑料上的应用 赵红玉 余姚中国塑料城塑料研究院 二○一二年六月.

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1 玻璃纤维在热塑性塑料上的应用 赵红玉 余姚中国塑料城塑料研究院 二○一二年六月

2 一、热塑性复合材料的历史与发展 热塑性塑料的发展：1924年研制出醋酸纤维素；30年代后期，热塑性塑料得到快速发展，1938年，杜邦公司发明了尼龙66；1939年实现了聚乙烯的工业化生产，1953年美国的齐格勒研制成功了低压聚乙烯，1957年正式在世界各国工业化生产，聚丙烯也于50年代实现了工业化生产。随着石油和化学工业的发展，热塑性塑料发展速度加快，为热塑性复合材料的发展奠定了基础。 我国的短纤维热塑性复合材料的品种已与发达国家接近，但是，产量与发达国家有很大差别，尤其是工程塑料与国外差距更大。 热塑性复合材料的种类：短纤维增强热塑性复合材料；长纤维增强热塑性复合材料；连续纤维增强热塑性复合材料

3 二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 特点 密度小，比刚度和比强度大； 韧性优于热固性树脂，复合材料具有良好的抗冲击强度；
加工过程中不发生化学反应，成型周期短 ； 简化部件的成型工艺环节，制造成本低 ； 成型压力较低，成型模具费用低； 废料可以回收利用； 性能设计的自由度大 ； 质量一致性好。

4 二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 玻璃纤维的种类及应用

5 二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 短纤维增强热塑性塑料 国内外应用纤维现状及特点
　　树脂中纤维长度：0.2～0.7mm；含量：20%～50%， 　　国外：全部为短切纤维增强，3mm、4.5mm 国内：连续纤维增强，依靠螺杆剪切，部分短切增强 原因：成本、性能、外观、加工工艺性 常用基体树脂 聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）、热塑性聚酯（PET、PBT）、特种工程塑料聚苯醚（PPO）、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）等 ；根据不同的树脂及应用领域采用不同牌号（不同浸润剂处理）的玻纤：防翘曲、耐水解、耐醇解、高流动、高强度、高表面质量等

6 玻纤增强型PA66 / PA6与纯PA66 / PA6的性能对比
二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 短纤维增强热塑性塑料 玻纤增强型PA66 / PA6与纯PA66 / PA6的性能对比

7 二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 长纤维增强热塑性塑料 成型工艺
1）原位聚合技术、粉末浸渍技术，不存在聚合物熔体浸渍纤维的关键问题，但适用性受到限制； 2）熔融拉挤包覆技术、熔融浸渍技术，存在聚合物熔体黏度大，浸渍纤维困难等关键技术 3）纤维混合技术 特点（与短纤维相比） 1）纤维长度一般为10～15mm，冲击强度高；2）比刚度和比强度高，抗冲击性能好，特别适合于汽车部件；3）耐蠕变性能提高，尺寸稳定性好，部件成型精度高；4）耐疲劳性能优良；5）在高温和潮湿环境中稳定性更好；6）成型过程中纤维可以在成型模具中相对移动，纤维损伤小。

8 二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 长纤维增强热塑性塑料 长纤维与短纤维增强尼龙66性能对比 性 能 30%短玻纤尼龙66
30%长玻纤尼龙66 50%长玻纤尼龙66 拉伸强度/MPa 186 196 254 拉伸模量/GPa 9.7 10 18 弯曲强度/MPa 262 321 405 弯曲模量/GPa 8.7 17 缺口冲击强度/（kJ/m2） 12 24 -- 压缩强度/MPa 212 258 273

9 二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 长纤维增强热塑性塑料 长纤维增强热塑性塑料的应用 长纤维增强热塑性复合材料是当今复合材料市场中发展最快的材料之一，作为半结构材料和结构材料，长纤维增强热塑性复合材料的开发目标是工业和民用的各个领域，包括汽车、器械、娱乐、食品加工、通讯、电气/电子、电动工具、园艺等。在长纤维增强热塑性复合材料的总用量中，汽车材料应用占80%～90%。

10 二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 对纤维的要求：需要专用无捻纤维，进入口模被树脂浸润前易于分散，且能在树脂熔体中浸润分散良好，在设备牵引力作用下不能断丝，以保证正常生产。 设备需要专用机头，引进国外设备需要上千万元，国内也有专用设备，主要为塑料改性企业与设备厂商联合研发成型口模，但挤出成型材料性能较国外差距较大。

11 二、玻纤增强热塑性材料的种类及特点 连续纤维增强热塑性复合材料 制备的技术关键是如何解决热塑性树脂对连续增强纤维的均匀浸渍
溶液浸渍、熔融浸渍、粉末浸渍、悬浮浸渍、混编以及反应浸渍等多种制备技术。 应用：最初主要应用于航空航天领域和特殊需求的工业品，近几年开始在体育休闲、汽车、建筑等民用领域应用，目前尚属于应用开发的初期阶段，还有待于进一步研究开发。

12 三、影响热塑性复合材料质量的因素 树脂基体对热塑性复合材料性能的影响 纤维增强不同树脂基体材料性能对比

13 三、影响热塑性复合材料质量的因素 纤维含量对热塑性复合材料性能的影响 随树脂品种不同而不同，对于尼龙复合材料，则以30%为最佳。

14 三、影响热塑性复合材料质量的因素 纤维直径对性能的影响

15 三、影响热塑性复合材料质量的因素 纤维长度及其分布对性能的影响

16 三、影响热塑性复合材料质量的因素 纤维长度及其分布对性能的影响

17 纤维分散状态对性能的影响 三、影响热塑性复合材料质量的因素
在复合材料中，纤维分散越均匀，机械强度和耐热性越好，弹性模量也有明显提高，因此，要保证纤维在基体树脂中的均匀分散。

18 三、影响热塑性复合材料质量的因素 纤维表面处理对热塑性复合材料性能的影响

19 四、玻纤增强热塑性材料的关键技术 浸渍技术 界面控制技术
主要是针对连续纤维增强热塑性塑料而言，在树脂良好浸渍纤维的基础上，并在进一步的成型工艺条件下，形成黏结良好的聚合物／纤维界面，排除材料内的空隙，形成密实结构。 界面控制技术 聚合物基体如何很好的润湿增强纤维，纤维和树脂之间如何形成较强的界面强度、更好地抵御裂纹的扩展，以及提高复合材料的物理力学性能是研究人员最为关注的技术问题。

20 四、玻纤增强热塑性材料的关键技术 成型工艺技术 结构设计
热塑性复合材料的应用范围和领域很大程度上决定于其制造技术和设备的发展情况。目前，已有一些相对成熟的制造技术得到了应用，但是现有技术还远远满足不了应用的需求。 结构设计 与金属材料相比，复合材料具有轻质高强、耐腐蚀等比较明显的有点，也有层间性能低、抗损伤能力差等比较明显的缺点。因此，复合材料的结构设计尤为重要，须遵循“用其所长，避其所短”的原则，根据使用要求，正确地选择材料的设计参数和设计方法，进行严密的结构设计。

21 五、改性塑料对玻纤的要求 玻纤阻燃材料对纤维的要求 低成本纤维 高性能纤维的开发
阻燃材料中玻纤的烛芯效应降低材料的阻燃效果，能否将玻纤进行处理，使其烛芯作用效果降低? 低成本纤维 市场的扩大，也面临竞争的加剧，研发高性能低成本的纤维，将极大地降低纤维增强材料的成本，提升企业竞争优势。 高性能纤维的开发 突破浸润剂研发，使复合材料具有高强、高模、耐高温等性能，将成为未来发展中的一个重要方向 如专用于特种工程塑料如PEEK等加工温度要求高的纤维

22 五、改性塑料对玻纤的要求 功能性纤维的开发
为了满足在一些特殊领域的特殊要求，功能性纤维的发展也被提上议程。具有导电、超导、微波、吸声、阻尼、耐烧蚀等性能纤维的开发，将成为纤维增强热塑性发展过程中一个新的突破点。

23 五、改性塑料对玻纤的要求 扁平纤维的开发，有效降低翘曲

24 参考文献 张晓明,刘雄亚,编著,纤维增强热塑性复合材料及其应用,第1版,北京:化学工业出版社,2007
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25 谢 谢！