短玻璃纤维增强PP板材生产的配方设计案例综述
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TOC\o1-3\h\u21001短玻璃纤维增强PP板材生产的配方设计案例综述 1
139871.1聚丙烯树脂 1
97301.2玻璃纤维 1
97401.3偶联剂 2
26651.4增容剂 3
7841.5增韧剂 3
282391.6抗氧剂 4
65691.7润滑剂 5
190171.8着色剂 6
1.1聚丙烯树脂
根据聚丙烯结构的不同，主要品种有无规共聚物、均聚物和嵌段共聚物之分。在实际生产中应根据使用和加工方法来选择，一般来说，均聚物刚性和耐热性好，而共聚物则冲击强度、热封性好。
同时要考虑树脂的熔体指数和分子量分布，聚丙烯的熔体指数（MI）变化很大，可从小于1g/10min到150~1500g/10min。这就要根据使用和加工方法来确定。一般来说，对于压塑，分子量应高些（MI0.2g/10min）；其次是挤出、吹塑，MI为0.2~1.0g/10min；注塑用的MI为1~8g/10min；纺丝的MI3.5~5g/10min。超高流动的聚丙烯（MI为150~1500g/10min）则用于生产超细纤维和注塑薄壁制品。
表2.1PP的种类、特性及应用举例
PP的种类
特性
应用举例
均聚物
高刚性，耐热性
电饭煲、电磁灶部件
无规共聚物
高透明，低熔点
注射器、瓶盖
嵌段共聚物
不透明，耐冲击性
汽车部件、管材
表2.2聚丙烯树脂选择
型号
生产厂家
价格
PPJ340
韩国晓星公司
38元/kg
1.2玻璃纤维
玻璃纤维的主要成分为：氧化钙、氧化硅、氧化硼、氧化铝、氧化镁、氧化钠等。根据玻璃纤维中碱的含量，可以分成：无碱玻璃纤维（氧化钠0~1%），相当于E级，属于钙铝硼硅酸盐玻璃，主要用于电绝缘材料、增强塑料等；中碱玻璃纤维（氧化钠8%~12%），相当于C级，属于钠钙硼硅酸盐玻璃，它比E级玻璃纤维更具有耐化学性，主要用于电池隔离板，是力学强度要求不高的一般增强塑料；高碱玻璃纤维（氧化钠13%以上），相当于A级，属于钠钙硅酸盐玻璃，主要用于防潮、防水、保温材料。
玻璃纤维是最常用的增强材料之一，其增强效果好，价格低。做聚丙烯增强材料用的玻璃纤维主要是无碱玻璃纤维（E型），拉伸强度可达到2000MPa，耐化学药品性、耐水性、耐候性好，绝缘性好。按玻璃纤维的长度，可以分成磨碎纤维、连续玻璃纤维和短切玻璃纤维等，玻璃纤维越细，拉伸强度越大；其长径比越大，拉伸强度也越高。根据性能要求，本配方设计选用E玻璃纤维。
表2.3玻璃纤维选择
型号
生产厂家
价格
E玻璃纤维
淄博泰鑫复合材料有限公司
6.5元/kg
1.3偶联剂
偶联剂是一种能够增强有机物和无机物之间黏合性能的助剂，是一种具有双功能基、能同时与有机物和无机物反应的低分子化合物。
偶联剂的种类有很多，按照化学结构可以分为：胺类、有机硅烷类、含磷化合物类、钛酸酯类和络合物类。在复合材料方面，如应用于玻璃纤维增强塑料（FRP），能够增强树脂基体与玻璃纤维的结合能力。
偶联剂中用量最大、品种最多的偶联剂是硅烷偶联剂。硅烷偶联剂是一个硅原子上含有两种具有不同反应活性基团的低分子化合物，其中具有反应活性的活性官能团（有机基），在催化剂的作用下能与聚合物分子发生反应，变成高分子聚合物的有效部分；而能够水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）可以和拥有亲水性表面的无机填料（硅酸盐、玻璃纤维、二氧化硅等）发生化学反应。因此，硅烷偶联剂在相互惰性的无机物和有机物间形成分子桥，从而提高复合材料的性能。
本配方设计采用硅烷偶联剂（KH-550）对玻璃纤维表面进行处理，该偶联剂与玻璃纤维和基体树脂都有一定程度的反应性，即其分子的一端（亲油基）与聚丙烯形成物理结合，而另一端（亲水基）与玻璃纤维表面形成化学键，从而使得聚丙烯与玻璃纤维的界面粘接极限强度提高了1倍。此外，玻璃纤维中还分散着20~1.5nm的碱土金属或碱金属等氧化物微粒，这些微粒的吸水性大，会在玻璃纤维表面吸附大量的水分REF_Re\n\h[1]，严重降低玻璃纤维与聚丙烯树脂界面间的粘接强度。当玻璃纤维通过有机硅烷偶联剂处理后，则在其表面形成“阻挡层”，能够有效防止水浸入界面，提高界面粘接强度。
表2.4偶联剂选择
型号
生产厂家
价格
KH-550
济南鑫顺化工有限公司
32元/kg
1.4增容剂
增容剂可以增加聚合物共混体系的均匀性，改善共混物的综合性能，尤其是力学性能，减小相分离，这与偶联剂的功能相似。不同的是偶联剂大多为小分子化合物，主要应用于填充改性，使填料均匀地分散在聚合物体系内。增容剂一般为高分子化合物（也有反应型低分子化合物），应用于聚合物共混改性，增加聚合物