EVA改性PPGMT復(fù)合材料沖擊性能的研究

1、第27卷第2期武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)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(hào):10044736(200502005603EVA 改性PP G M T 復(fù)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(xué)院研究設(shè)計(jì)院,湖北武漢430073;2.武漢理工大學(xué)材料學(xué)院,湖北武漢430070摘要:研究了EVA 改性PP G M T 復(fù)合材料的沖擊性能,結(jié)果表明:EVA 改性PP 可有效的提高復(fù)合材料的沖擊性能.同時(shí),對(duì)沖擊試樣的破壞斷口進(jìn)行掃描電鏡分析表明EVA 的加入,可以提高基體的流動(dòng)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(hào):TB 332文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A收稿日期:20040906基金項(xiàng)目:武漢市青年晨光計(jì)劃資助項(xiàng)目(2003520201616作者簡(jiǎn)介:黃緒棚(1969,男,湖北紅安人,碩士.研究方向:高分子化學(xué)及材料.0引言PP G M T (Glass M at R einfo rced Po lyp ropylene Sheet 復(fù)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(qiáng)材料與聚丙烯為基體復(fù)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(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,基體的性質(zhì)和組成對(duì)復(fù)合.1實(shí)驗(yàn)部分1.1原材料及制備a .聚丙烯:牌號(hào)T 30S ,M I =0.290.35g m in ,大慶石化公司;EVA :牌號(hào)UL 53019CC ,M I =53g m in ,VA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19%,美國(guó)埃克森(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(jì)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(jī),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(jī)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(yù)熱20m in ;然后放入模具中,在6M Pa 下熱壓機(jī)上熱壓10m in ;最后移至冷壓機(jī)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(shí)驗(yàn)設(shè)備沖擊實(shí)驗(yàn)(簡(jiǎn)支梁、缺口:參照GB 1451-83進(jìn)行.并將沖擊式樣的斷面進(jìn)行掃描電鏡分析(SE M .2聚丙烯共混增韌機(jī)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(jī)理橡膠顆粒的第一個(gè)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(qiáng)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(shí)也與形變速率有關(guān),形變速率增加時(shí),銀紋化所占的比例提高.橡膠顆粒還有第二個(gè)重要的作用:控制銀紋的發(fā)展并使銀紋及時(shí)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(dāng)受到外力作用時(shí),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(shí)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(qiáng)度4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1EVA 含量對(duì)PP G M T 復(fù)合材料沖擊性能的影響PP EVA 共混物共混比例對(duì)G M T 沖擊性能的影響如圖2所示.由圖可以看出復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨著EVA 含量的增加先增大而后降低,在20%附近時(shí)達(dá)到最大 .圖2EVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)沖擊強(qiáng)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(duì)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(shí)終止而不致發(fā)展成破壞性的裂紋.本實(shí)驗(yàn)所用EVA (VA 質(zhì)量分?jǐn)?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(dāng)PP EVA 共混材料受到外來沖擊時(shí),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(dāng)降低PP 熔體冷卻時(shí)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(fù)合材料的韌性并不是一直增長(zhǎng)下去的,而是呈極值峰線變化的,EVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)出現(xiàn)最高值.對(duì)于本研究體系,當(dāng)EVA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20%時(shí),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(dāng)EVA 含量繼續(xù)增大時(shí),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(qiáng)度降低的主要緣由.75第2期黃緒棚等:EVA 改性PP G M T 復(fù)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(duì)沖擊破壞后的試樣斷面進(jìn)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(shí),玻璃纖維與基體界面分層嚴(yán)重,界面粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度逐漸增強(qiáng),與前面的分析和沖擊性能的測(cè)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(dāng)基體中EVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)(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?jǐn)?shù):(a 5%;(b 20%維拔出長(zhǎng)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(dāng)EVA 含量增加到一定程度時(shí),例如EVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%(圖4b 時(shí),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(shí)發(fā)生大面積屈服,并呈現(xiàn)絮狀的細(xì)纖束,這說明復(fù)合材料韌性的提高是由基體剪切屈服和細(xì)纖化所致6.4結(jié)語a .EVA 的加入對(duì)PP G M T 復(fù)合材料的沖擊性能有所改善,當(dāng)EVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為基體的20%時(shí)達(dá)到最大;b.掃描電鏡表明,EVA 的加入,可以提高基體的流動(dòng)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(fù)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(xì)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(guó)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(xiàn):1陳二龍,周玉,陳輝,等.G M T材料制造與應(yīng)用研究進(jìn)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(jī)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(guó)輕工業(yè)出版社.1998.4張學(xué)東,劉廣榮.PP EVA共混物相轉(zhuǎn)變對(duì)力學(xué)性能的影響J.華北工學(xué)院學(xué)報(bào),1996,17(3:234239.5吳唯,江毅東.PP三元

17、填充共混體系力學(xué)性能的研究J.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,1994,5(6:2025.6聞?shì)督?復(fù)合材料原理M.武漢:武漢工業(yè)大學(xué)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