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1、2003年江苏省复合材料科学技术与工程学术研讨会论文集 南京20035PP、PE在纤维增强复合材料中的应用李涛田稼薇(中国石化扬子石化股份公司研究院南京210048) 摘要：介绍r聚丙烯、聚乙烯在纤维增强复合材料中的应用。关键词：聚丙烯聚乙烯纤维复合材料Appl ications ofPP、PE in fibetreinforcedcompositeLi fo口Tianjia wei(Research Institute ofSINOPEC Yangzi Petrochemical Co，210048)Abstract： Applications of PP、PE in fiber reinf
2、orced composite at home and abroad are introducedSome suggestions are also presented in this papeLKey words：PP PE fiber composite1刖舌 作为材料科学的一个重要分支，纤维增强复合材料以其优异的性能取得了飞速发展并且在社会各领域得到了越来越广泛的应用。为此，人们开发了一系列的高性能纤维和新型基体材料，基体一般为：金属基体，聚合物基体和无机非金属基体。高性能纤维为：碳纤维、氧化铝纤维、芳 酰胺纤维、PBO纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氮化硼纤维和氮化硅纤
3、维 等。其中聚合物基体分为热塑性聚合物和热固性聚合物。在此，本文主要讨论聚丙烯、聚乙烯在 高性能纤维增强复合材料中的应用。2 PP在纤维增强复合材料中的应用在热塑性塑料中，聚丙烯具有密度低、耐热性好、极佳的耐挠曲性、无毒、表面硬度高、耐 刮伤、耐磨和优良的电性能。60年代末美国PPO公司首先使用连续玻璃纤维毡与热塑性树脂PP 复合制成Azdel片材，其制造工艺是用两层预热的连续玻璃纤维毡和两层PP薄膜与从挤出机挤出 的熔融PP中间层重叠，经热压、冷却成片材(半成品)，这种工艺简称干法工艺。1986年PPG公 司又与日本GE Plastics公司联合组成Azdel公司 。到目前为止，全世界用此工
4、艺生产片材的 公司已超过18家。继干法工艺之后，80年代又出现了利用造纸原理与纤维增强热塑性塑料技术相结合生产片材 的新工艺。该工艺是法国Arjonari公司首先研制开发的，采用5-50mm长的中长玻璃纤维和热塑 性树脂粉末在特种水悬浮液里搅拌、分散形成湿毯后真空脱水、烘干和热辊压成片材，简称湿法 工艺。英国Wiggins Teape公司在GE公司湿法工艺技术基础上，研制成了Radlite湿法工艺，其 特点是用特种泡沫悬浮液取代水悬浮液。芬兰的Ahistron A改进了Radlire工艺，采用PVC作 粘结剂，用热风加热，加热树脂熔化，片材的玻璃纤维含量可达到80“。通常利用短切玻璃纤维增强的
5、PP仅使力学性能稍有提高，但利用长纤维增强，特别是连续 纤维单向增强后，其模量将提高5倍以上，强度提高510倍，韧性提高20 30倍，耐热是均聚 PP的15倍左右，如表1。热塑性材料经长纤维连续纤维增强后，都将非常明显地体现性能的优 化。浙江大学高分子与复合物研究室的咸贵军等人多年来对玻璃纤维增强聚丙烯技术进行了研 究” ，制得了长玻璃纤维聚丙烯复合材料粒料及复合材料的注塑制品“I。北京燕山石化公司向 阳化工共生产J-6020、J-6030、J-6040三个牌号的玻璃纤维增强PP产品，可用于制作蓄电342003年江苏省复合材料科学技术与工程学术研讨会论文集 南京20035池外壳、防护板衬里等。
6、关于玻璃纤维增强复合材料理论性研究如界面结晶行为等的研究，国外也 有较多报道 。国外长玻璃纤维增强聚丙烯制品主要品种主要有CIC公司的Verton和 HoechstCelanese公司的Celstran等。表1 PP基复合材料的性能比较使用植物纤维对聚丙烯进行增强改性也是当前高分子复合材料领域中的开发热点。与矿物纤维 相比。植物纤维具有价廉、可反复加工、可生物降解、密度低和较高的长径比等特性。此外，植物 纤维作为一种增强材料用于热塑性塑料中还显示了较好的力学性能。例如：比强度高、硬度低、对 加工设备磨损小等。但植物纤维是亲水物质，而聚丙烯是疏水聚合物，二者在本质上是不相容的。 克服植物纤维与聚
7、丙烯之间相容性差的先天不足，改善并且提高此复合材料的性能，成为人们研究 的热点和目标。天津轻工业学院化工系的揣成智等发现用马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)对软木纤维进 行接枝处理、用hIAPP或用三元乙丙橡胶(EPDM)对软木纤维进行改性处理都可以有效地改善PP与软 木纤维的相容性或界面粘合性 。3 PE在纤维增强复合材料中的应用以PE材料为基体，玻璃纤维随机或定向分布，复合成新的材料，具有比强度和比刚度高的特 点，再考虑到复合PE材料管道容易加工成型安装和维护等优点，被认为是一1一世纪的商压大口径 复合材料天然气输送管道材料。清华大学的庄茁等研究发现PE管道经纤维增强之后与纯PE材料的 管道相
8、比其环向位移下降到53(纤维随机分布)5(纤维沿管道轴向80度分布)，裂纹驱动力相 应下降到5017，充分反映了纤维对PE材料的增强和增韧效果 。天然纤维是低熔点聚合物的理想增强纤维材料之一，在能耗、材料比重、使用效果方面可与人造纤维媲美，且价格低，能代替木材用于许多领域，但稻草纤维经一般工艺处理后获得的制品无法 达到使用要求。采用新型表面工艺对天然纤维进行处理是实现聚合物天然纤维复合材料工业化的 关键。四川大学陈军等发现采用聚丙烯酸酯处理剂可以有效地提高稻草纤维在树脂基体中的分散状 况，在复合材料体系中引入MAPE作为增容剂，可以提高稻草纤维和聚合物基体之间的相互作用， 提高材料的综合性能“
9、。高性能聚乙烯纤维是继芳纶之后的一种高性能热塑性有机纤维 I，由于具有良好的机械力学 性能、高耐腐蚀性能和电学性能而得到应用领域广泛的关注，但其制造成本仍偏高，耐热性差、表 面活性低等缺陷制约了纤维性能的发挥，因而也成为研究人员关注的焦点。目前对高性能聚乙一3S2003年江苏省复合材料科学技术与工程学术研讨会论文集 南京20035烯纤维的应用研究，主要集中在纤维增强的先进力学性能复合材料等方面，如各种特异材料及经 济的润滑材料。在研究中除高性能聚乙烯纤维增强环氧体系研究较多外，增强PMI,iA、PE体系也有 研究。UHMWPE的化学组成只含有弧甲基基团，因而高的非极性使其难于同基体发生化学键合
10、。另 外纤维所具有的高结晶度和高取向度所形成的光滑纤维表面，在一定程度上也抑制了纤维与基体 间的粘合。加之纤维的低熔点和高蠕变性，极大地限制了UHMWPE在复合材料中的应用。对u删卯8进行表面处理的方法有多种，如化学试剂浸蚀法、等离子体处理改性(包括等离 子刻蚀和等离子聚合两种)、辐射接枝处理、电晕放电处理、光氧化表面改性处理以及光致交联处 理等等。1i管使用何种处理方法。其主要目的是在纤维表面引入诸如c=0、0H或一cooH等极 含氧性基团以提高纤维的润湿性：_是使纤维轴向定向的微原纤细条减少或者消除，并日使垂直 于纤维轴的薄壳变成不规则的细线状粗糙结构，以增加纤维与基体的机械咬合性。对于纤
11、维表面 处理厉，纤维树脂界面问粘附性能提高的各因素贡献程度上，有研究表明，；I化学键合效果II 机械咬合效果和I非极性分散力三者贡献比例分别为60、30和10时会得到最佳效果。4结束语聚丙烯、聚乙烯纤维增强复合材料由于具有良好的机械力学性能、高耐腐蚀性能和电学性能 而得到应用领域广泛的关注，作为高竞争性、高赢利性品种一直是世界各大生产商家的研发项目 品种，它的发展及其在先进复合材料中的适应程度在目前乃至将来都有许多值得我们探索的地 方。 +参考文献1威贵军沈烈聚丙烯玻璃纤维复合材料畀面区的结晶行为材科研究学报1999，13(5)：509-51 32邹湘坪益小苏结构性捕塑性复台材料的进展石油化工
12、，1996，25(3)：1941993咸贵军。PPGF复合材料横晶结构对界面剪切强度的髟响。高分子材料科学与工程2000，16(6)：4354414邹盛殴，聚丙烯专用树脂近况，塑料科技2000135(2)：335孔庆宝益小苏日和法国复合材料工业纤维复合材料，1994(4)：I-96 11D WagnerA Lustiger，Colp Sel and Techn，48(14)，181(1993)7 J LThouasonVan Rooyen，3Matersm，27(4)，889(1992)8 F loecherJgarger Kocsl S，Pol ym Bull，3l，707(1993)9 l
13、CamplelIAdvCopMater ，1t55(1991) Io描成智李树崔永岩。蔺艳琴软术纤维增强P P复台材料的研究塑料科技2001i4l(I)：15 ll庄茁郭永进，曲绍兴董民纤维增强PE材料增韧效果的研究，工程力学2000，1 7(5)：7212陈军，倪海鹰饶斌，聚乙烯稻草纤维复合材科的研究塑料工业，200028(2)：3013张乾王汝敏高性能聚乙烯纤维及其复台材料研究进展高科拉纤维与应用2001，26(4)：21作者简介：李涛，32罗。工程师。1993年毕业于天肄大学化学工程系有机化工专业，现在扬子石油化工公司研究 院工作。长期从事科研开发、信息调研等工作，已发表论文数篇。 通讯地址：南京市扬子石化公司研究院信息室。210048电话号码：025-7783649 传真：0257784305Email：ypcltyahoocorncn
