EVA改性PPGMT復合材料沖擊性能的研究

1、第27卷第2期武漢化工學院學報V o l .27N o .22005年03月J.W uhan In st .Che m.T ech .M ar .2005文章編號:10044736(200502005603EVA 改性PP G M T 復合材料沖擊性能的研究黃緒棚1,蔡浩鵬2,王鈞2(1.武漢化工學院研究設(shè)計院,湖北武漢430073;2.武漢理工大學材料學院,湖北武漢430070摘要:研究了EVA 改性PP G M T 復合材料的沖擊性能,結(jié)果表明:EVA 改性PP 可有效的提高復合材料的沖擊性能.同時,對沖擊試樣的破壞斷口進行掃描電鏡分析表明EVA 的加入,可以提高基體的流動性,改善基體與玻

2、璃纖維表面的粘結(jié).關(guān)鍵詞:PP G M T ;EVA 共混;沖擊性能;掃描電鏡中圖分類號:TB 332文獻標識碼:A收稿日期:20040906基金項目:武漢市青年晨光計劃資助項目(2003520201616作者簡介:黃緒棚(1969,男,湖北紅安人,碩士.研究方向:高分子化學及材料.0引言PP G M T (Glass M at R einfo rced Po lyp ropylene Sheet 復合材料是以連續(xù)玻璃纖維氈或連續(xù)玻璃纖維針刺氈為增強材料與聚丙烯為基體復合而成的一種片材.與S M C (Seet mo ldingcompound 相比,在應(yīng)力應(yīng)變曲線的彈性變形部分,它吸收沖擊的

3、能力幾乎為S M C 的三倍1.對于纖維增強復合材料,基體的性質(zhì)和組成對復合.1實驗部分1.1原材料及制備a .聚丙烯:牌號T 30S ,M I =0.290.35g m in ,大慶石化公司;EVA :牌號UL 53019CC ,M I =53g m in ,VA 質(zhì)量分數(shù)為19%,美國?？松?Exxon 公司;連續(xù)無堿玻璃纖維氈:600g m 2,南京玻璃纖維研究設(shè)計院.b .EVA PP 共混物的制備:將已干燥過的EVA 、PP 混合粒料加入橡塑混合機,在料溫180、螺桿轉(zhuǎn)速40r m in 的條件下混合10m in ,出料.然后將混合后的物料放在200熱壓機上壓制成1mm 厚的片材.c

4、 .G M T PP 片材的制備:將片材和連續(xù)玻璃纖維氈都裁剪成200mm 100mm 大小,采用三層片材夾兩層玻璃纖維氈的方法放在210的烘箱中預熱20m in ;然后放入模具中,在6M Pa 下熱壓機上熱壓10m in ;最后移至冷壓機上保壓冷卻至室溫,脫模即為G M T PP 板材.板材玻璃纖維含量控制在25%1%.1.2實驗設(shè)備沖擊實驗(簡支梁、缺口:參照GB 1451-83進行.并將沖擊式樣的斷面進行掃描電鏡分析(SE M .2聚丙烯共混增韌機理2.1銀紋-減切帶理論塑料增韌的主要原因是銀紋或剪切帶的大量a .剪切屈服形變.非晶相聚合物剪切屈服形變是較為彌散的.但在一定條件下,聚合物

5、亦可產(chǎn)bnm ,空洞之間是相互溝通的.一般而言,銀紋的厚度約為102103nm .(a 裂紋(b 銀紋圖1銀紋和裂紋比較意圖F ig .1Compare of crack and silver line2.2橡膠的增韌機理橡膠顆粒的第一個重要作用就是充作應(yīng)力集中中心,誘發(fā)大量銀紋或剪切帶.大量銀紋或剪切帶的產(chǎn)生和發(fā)展要消耗大量能量,因而顯著提高材料的沖擊強度.銀紋和剪切帶所占的比例與基體性質(zhì)有關(guān),集體的韌性越大,剪切帶所占的比例越高.同時也與形變速率有關(guān),形變速率增加時,銀紋化所占的比例提高.橡膠顆粒還有第二個重要的作用:控制銀紋的發(fā)展并使銀紋及時終止而不致發(fā)展成破壞性的裂紋.在橡膠顆粒的影響

6、下,當受到外力作用時,材料中就產(chǎn)生并發(fā)展大量的小銀紋或剪切帶,吸收大量能量.橡膠顆粒又能及時將其產(chǎn)生的銀紋終止而不致發(fā)展成破壞性的裂紋,所以可大大提高材料的沖擊強度4.3實驗結(jié)果與分析3.1EVA 含量對PP G M T 復合材料沖擊性能的影響PP EVA 共混物共混比例對G M T 沖擊性能的影響如圖2所示.由圖可以看出復合材料的缺口沖擊強度隨著EVA 含量的增加先增大而后降低,在20%附近時達到最大 .圖2EVA 質(zhì)量分數(shù)對沖擊強度的影響F ig .2Effect of EVA to i m pact p roperties根據(jù)銀紋-剪切帶理論,作為對聚合物增韌的共混組分,必須具備兩種作用

7、:一是在體系中能作為應(yīng)力集中中心,誘發(fā)大量銀紋或剪切帶;二是控制銀紋的發(fā)展并使銀紋及時終止而不致發(fā)展成破壞性的裂紋.本實驗所用EVA (VA 質(zhì)量分數(shù)19%是一種類似橡膠的彈性體物質(zhì).EVA 中的乙烯鏈段部分與PP 的物性相近,兩相界面的親合性較好,使EVA 以微粒形式穩(wěn)定而均勻地分散在PP 體系中,當PP EVA 共混材料受到外來沖擊時,EVA 微粒成為應(yīng)力集中的中心,在此形成局部形變核心,產(chǎn)生大量銀紋或剪切帶而吸收沖擊能,有效地阻止PP 的脆性斷裂.另外,在此共混體系中,由于EVA 的加入,能適當降低PP 熔體冷卻時的結(jié)晶度,使PP 分子鏈間的自由體積有所增大,也有利于PP 沖擊性能的提高

8、2.但是,由于共混體系各組分物性和共混結(jié)構(gòu)的影響,復合材料的韌性并不是一直增長下去的,而是呈極值峰線變化的,EVA 質(zhì)量分數(shù)為20%時出現(xiàn)最高值.對于本研究體系,當EVA 的質(zhì)量分數(shù)小于20%時,EVA 能夠?qū)崿F(xiàn)良好分散,其平均粒徑較小,在這一范圍內(nèi),材料韌性的提高是分散相EVA 粒子密度增大和粒子間距減小的結(jié)果,當EVA 含量繼續(xù)增大時,其分散性下降,粒子聚集而變得粗大,致使EVA 的增韌效率降低,這是在此范圍材料沖擊強度降低的主要緣由.75第2期黃緒棚等:EVA 改性PP G M T 復合材料沖擊性能的研究3.2基體和玻璃纖維斷裂界面分析對沖擊破壞后的試樣斷面進行掃描電鏡分析,得到如圖3所

9、示的SE M 照片.由(a 可以看出基體為純聚丙烯時,玻璃纖維與基體界面分層嚴重,界面粘結(jié)強度較差.隨著EVA 含量的增加,纖維表面附有的樹脂增多,而且樹脂由開始的碎塊變?yōu)榘嚼w維的樹脂層,如圖(b (f 所示.這說明界面粘結(jié)強度逐漸增強,與前面的分析和沖擊性能的測試是一致的. 圖3斷面的掃描電鏡圖F ig .3SE M ofG M T圖4為玻璃纖維斷裂圖.由圖4(a 可以看出,當基體中EVA 質(zhì)量分數(shù)較低時(為5%,纖 圖4玻璃纖維斷裂圖F ig .4Part of glass fiber inG M T EVA 的質(zhì)量分數(shù):(a 5%;(b 20%維拔出長度參差不齊,并且纖維拔出后在基體表

10、面留有大量孔洞,表明纖維與基體界面粘結(jié)狀況很差,觀察基體斷面,發(fā)現(xiàn)其斷面較為平整,為典型的脆性斷裂.然而,當EVA 含量增加到一定程度時,例如EVA 質(zhì)量分數(shù)20%(圖4b 時,由于EVA 的改性,使界面結(jié)合提高,纖維斷口較齊.更值得關(guān)注的是基體破壞時發(fā)生大面積屈服,并呈現(xiàn)絮狀的細纖束,這說明復合材料韌性的提高是由基體剪切屈服和細纖化所致6.4結(jié)語a .EVA 的加入對PP G M T 復合材料的沖擊性能有所改善,當EVA 質(zhì)量分數(shù)為基體的20%時達到最大;b.掃描電鏡表明,EVA 的加入,可以提高基體的流動性,改善基體與玻璃纖維表面的粘結(jié);c .隨著EVA 含量的增加,PP G M T 復合

11、材料沖擊破壞由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂.材料韌性的提高是由基體剪切屈服和細纖化所致.(下轉(zhuǎn)第62頁tereph thalate co1,4cycl ohexanedi m eth lenetereph th lateradom copo lyesterJ.Po lym er,1994,35(1:117122.4N aoko Yo sh ie,Yo sh i o Inoue,H ee Yeoul Yoo,et al.N uclear m agnetic res onance study on is omo rphous behavi o r in random copo lyesters:po l

12、y(ethylenetereph thalate co1,4cycl ohexanedi m ethylenetereph thalateJ.Po lym er,1994,35(9:19311935.5張師民.聚酯的生產(chǎn)及應(yīng)用M.北京:中國石化出版社,1997.Ther ma l behav i or and cryst a ll i n e property of a newlydeveloped coplolyester PETGY U A i f ang,ZOU H a i x ia,L I W en gang,HUAN G X iang an(State Key L abo rato

13、ry fo r M odificati on of Che m ical F ibers and Po lym erM aterials,Donghua U n iversity,Shanghai200051,Ch inaAbstract:Po ly(ethylene tereph thalate co1,4cylcl ohexylenedi m ethylene tereph thalate(PET Gis syn thesized from di m ethyl tereph thalate(DM T,ethylene glyco l(EGand1,4cycl ohexanedi m et

14、hano l (CHDMby m elt po lyconden sati on.T he ther m al and crystalline p roperties of the resulted copo lyesters w ere investigated using the differen tial scann ing cal o ri m etry(D SCand the w ide angle x ray diffracti on (WA XD.T he glass tran siti on te mperature T g increased w ith CHDM con t

15、en t increase and w hen the feed rati o(mo l rati oof EG CHDM w as85 15,80 20o r75 25,the resulted PET G w as a mo rphous. How ever,w hen the feed rati o of EG CHDM w as65 35,the p roduct w as crystalline.Key words:po ly(ethylene tereph thalate co1,4cylcl ohexylenedi m ethylene tereph thalate(PET G;

16、 crystalline p roperty;ther m al behavi o r;crystalline p roperty;copo lyester本文編輯:蕭寧(上接第58頁參考文獻:1陳二龍,周玉,陳輝,等.G M T材料制造與應(yīng)用研究進展J.宇航材料工藝,2002,(3:1115. 2曹明干.EVA含量與PP EVA共混體系機械性能的研究J.塑料,2003,4(32:2123.3吳培熙,張留成.聚合物共混改性M.北京:中國輕工業(yè)出版社.1998.4張學東,劉廣榮.PP EVA共混物相轉(zhuǎn)變對力學性能的影響J.華北工學院學報,1996,17(3:234239.5吳唯,江毅東.PP三元

17、填充共混體系力學性能的研究J.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,1994,5(6:2025.6聞荻江.復合材料原理M.武漢:武漢工業(yè)大學出版社,1998.Study on the i m pact properti es of gla ss ma t re i n forced PP EVAHUAN G X u p eng1,CA I H ao p eng2,WAN G J un2(1.R esearch In stitute of W uhan In stitute of Che m ical T echno l ogy,W uhan430073,Ch ina;2.Schoo l of M aterials Science and Engineering,W uhan U n iversity of T echno l ogy,W uhan430070,Ch inaAbstract:T he i m pact strength of glass m at reinfo rced EVA PP is discussed in th is paper.T he experi m en tal results show that after PP i