增强材料的性质-纤维的长度与形式

增强材料的性质

增强材料是增强改性塑料的主要添加剂之一,大多数都是高强度纤维状惰性物质。增强用纤维类材料包括纤维与晶须两大类。纤维又分为无机纤维和有机纤维:无机纤维有玻璃纤维、石英纤维、石墨纤维、石棉纤维、陶瓷纤维、碳纤维、硼纤维等;有机纤维有聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚碳酸酯纤维等。晶须类主要有金属、氧化物、碳化物、石墨等。

(1)纤维的长度与形式。

纤维的形式多种多样,广泛使用的有绳、布、带、无捻粗纱及短切纤维等。
①绳。由多股纱加捻绞紧而成的纤维,具有超好的韧性和很高的强度。作为填充材料加进树脂中,加捻可以提高纤维间的抱合力,达到提高聚合物树脂的刚性、韧性和强度的效果。
②布。比较简便的纤维,具有较高的韧性与剪切强度,作为填料品种加入聚合物树脂中,可以增强塑料制品的刚性、韧性和拉伸强度。
③带。带与布的组织结构相同,只是幅宽较窄而已。主要应用于缠绕管道、接头等增强塑料制品。
④无捻粗纱。无捻粗纱是多股平行的连续纤维不加捻的纤维丝束。无捻粗纱的组织结构比较松散,作为填充材料加入聚合物树脂中,容易为树脂所浸透,强度具有单向性,其所增强的共混物主要用于缠绕管道和缠绕高压容器等制品。
⑤短切纤维。短切纤维是将无捻纤维或连续纤维剪切成的短纤维。短切纤维的刚性、韧性和强度比绳、带、布纤维差些,主要应用于热固性塑料的模塑制品与热塑性塑料一般制品。

(2)纤维的表面状态。

无机填充材料与聚合物更好地有效结合,需要对填料(包括增强材料)进行活性表面处理,偶联剂表面处理的方法及技术工艺,在填充改性篇章中已作介绍,这里只简单介绍化学处理法的前处理法、后处理法和迁移法。

①前处理法。是将选定的偶联剂品种稀释加进浆料中,以便使偶联剂比较均匀地在拉丝过程中黏附在纤维的表面。前处理法工艺与设备比较简单,使用与操作也比较方便,而且不需要热处理,强度损失也比较小。

②后处理法。先将增强材料纤维进行热处理,使其浆料残留量小于1%,再经偶联剂溶液处理,水洗和烘干,使纤维表面覆上一层均匀的偶联剂。此法比前处理法效果好,但工艺与设备比较复杂,且成本比前处理法高。

③迁移法。此法是将偶联剂按一定的比例直接加入聚合物中,再经过浸胶涂覆使其与纤维发生作用而实现包覆。迁移法设备更简单,工艺更方便,但效果较前两种稍差。主要应用于缠绕成型和模压成型制品。

(3)纤维在树脂中的分布。

当增强材料加入聚合物树脂中后,与树脂融为一体,在加工成型时会同大分子一样沿着熔体流动的方向产生定向作用。定向作用促使制品的整体出现各向异性。纤维在基体树脂中的分布应根据纤维增强塑料的制品种类和用途加以控制。若纤维取向不均匀会产生较大的内应力,导致产品翘曲或开裂。

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