EVA改性PPGMT复合材料冲击性能的研究

1、第27卷第2期武汉化工学院学报V o l .27N o .22005年03月J.W uhan In st .Che m.T ech .M ar .2005文章编号:10044736(200502005603EVA 改性PP G M T 复合材料冲击性能的研究黄绪棚1,蔡浩鹏2,王钧2(1.武汉化工学院研究设计院,湖北武汉430073;2.武汉理工大学材料学院,湖北武汉430070摘要:研究了EVA 改性PP G M T 复合材料的冲击性能,结果表明:EVA 改性PP 可有效的提高复合材料的冲击性能.同时,对冲击试样的破坏断口进行扫描电镜分析表明EVA 的加入,可以提高基体的流动性,改善基体与玻

2、璃纤维表面的粘结.关键词:PP G M T ;EVA 共混;冲击性能;扫描电镜中图分类号:TB 332文献标识码:A收稿日期:20040906基金项目:武汉市青年晨光计划资助项目(2003520201616作者简介:黄绪棚(1969,男,湖北红安人,硕士.研究方向:高分子化学及材料.0引言PP G M T (Glass M at R einfo rced Po lyp ropylene Sheet 复合材料是以连续玻璃纤维毡或连续玻璃纤维针刺毡为增强材料与聚丙烯为基体复合而成的一种片材.与S M C (Seet mo ldingcompound 相比,在应力应变曲线的弹性变形部分,它吸收冲击的

3、能力几乎为S M C 的三倍1.对于纤维增强复合材料,基体的性质和组成对复合.1实验部分1.1原材料及制备a .聚丙烯:牌号T 30S ,M I =0.290.35g m in ,大庆石化公司;EVA :牌号UL 53019CC ,M I =53g m in ,VA 质量分数为19%,美国埃克森(Exxon 公司;连续无碱玻璃纤维毡:600g m 2,南京玻璃纤维研究设计院.b .EVA PP 共混物的制备:将已干燥过的EVA 、PP 混合粒料加入橡塑混合机,在料温180、螺杆转速40r m in 的条件下混合10m in ,出料.然后将混合后的物料放在200热压机上压制成1mm 厚的片材.c

4、 .G M T PP 片材的制备:将片材和连续玻璃纤维毡都裁剪成200mm 100mm 大小,采用三层片材夹两层玻璃纤维毡的方法放在210的烘箱中预热20m in ;然后放入模具中,在6M Pa 下热压机上热压10m in ;最后移至冷压机上保压冷却至室温,脱模即为G M T PP 板材.板材玻璃纤维含量控制在25%1%.1.2实验设备冲击实验(简支梁、缺口:参照GB 1451-83进行.并将冲击式样的断面进行扫描电镜分析(SE M .2聚丙烯共混增韧机理2.1银纹-减切带理论塑料增韧的主要原因是银纹或剪切带的大量a .剪切屈服形变.非晶相聚合物剪切屈服形变是较为弥散的.但在一定条件下,聚合物

5、亦可产bnm ,空洞之间是相互沟通的.一般而言,银纹的厚度约为102103nm .(a 裂纹(b 银纹图1银纹和裂纹比较意图F ig .1Compare of crack and silver line2.2橡胶的增韧机理橡胶颗粒的第一个重要作用就是充作应力集中中心,诱发大量银纹或剪切带.大量银纹或剪切带的产生和发展要消耗大量能量,因而显著提高材料的冲击强度.银纹和剪切带所占的比例与基体性质有关,集体的韧性越大,剪切带所占的比例越高.同时也与形变速率有关,形变速率增加时,银纹化所占的比例提高.橡胶颗粒还有第二个重要的作用:控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹.在橡胶颗粒的影响

6、下,当受到外力作用时,材料中就产生并发展大量的小银纹或剪切带,吸收大量能量.橡胶颗粒又能及时将其产生的银纹终止而不致发展成破坏性的裂纹,所以可大大提高材料的冲击强度4.3实验结果与分析3.1EVA 含量对PP G M T 复合材料冲击性能的影响PP EVA 共混物共混比例对G M T 冲击性能的影响如图2所示.由图可以看出复合材料的缺口冲击强度随着EVA 含量的增加先增大而后降低,在20%附近时达到最大 .图2EVA 质量分数对冲击强度的影响F ig .2Effect of EVA to i m pact p roperties根据银纹-剪切带理论,作为对聚合物增韧的共混组分,必须具备两种作用

7、:一是在体系中能作为应力集中中心,诱发大量银纹或剪切带;二是控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹.本实验所用EVA (VA 质量分数19%是一种类似橡胶的弹性体物质.EVA 中的乙烯链段部分与PP 的物性相近,两相界面的亲合性较好,使EVA 以微粒形式稳定而均匀地分散在PP 体系中,当PP EVA 共混材料受到外来冲击时,EVA 微粒成为应力集中的中心,在此形成局部形变核心,产生大量银纹或剪切带而吸收冲击能,有效地阻止PP 的脆性断裂.另外,在此共混体系中,由于EVA 的加入,能适当降低PP 熔体冷却时的结晶度,使PP 分子链间的自由体积有所增大,也有利于PP 冲击性能的提高

8、2.但是,由于共混体系各组分物性和共混结构的影响,复合材料的韧性并不是一直增长下去的,而是呈极值峰线变化的,EVA 质量分数为20%时出现最高值.对于本研究体系,当EVA 的质量分数小于20%时,EVA 能够实现良好分散,其平均粒径较小,在这一范围内,材料韧性的提高是分散相EVA 粒子密度增大和粒子间距减小的结果,当EVA 含量继续增大时,其分散性下降,粒子聚集而变得粗大,致使EVA 的增韧效率降低,这是在此范围材料冲击强度降低的主要缘由.75第2期黄绪棚等:EVA 改性PP G M T 复合材料冲击性能的研究3.2基体和玻璃纤维断裂界面分析对冲击破坏后的试样断面进行扫描电镜分析,得到如图3所

9、示的SE M 照片.由(a 可以看出基体为纯聚丙烯时,玻璃纤维与基体界面分层严重,界面粘结强度较差.随着EVA 含量的增加,纤维表面附有的树脂增多,而且树脂由开始的碎块变为包附纤维的树脂层,如图(b (f 所示.这说明界面粘结强度逐渐增强,与前面的分析和冲击性能的测试是一致的. 图3断面的扫描电镜图F ig .3SE M ofG M T图4为玻璃纤维断裂图.由图4(a 可以看出,当基体中EVA 质量分数较低时(为5%,纤 图4玻璃纤维断裂图F ig .4Part of glass fiber inG M T EVA 的质量分数:(a 5%;(b 20%维拔出长度参差不齐,并且纤维拔出后在基体表

10、面留有大量孔洞,表明纤维与基体界面粘结状况很差,观察基体断面,发现其断面较为平整,为典型的脆性断裂.然而,当EVA 含量增加到一定程度时,例如EVA 质量分数20%(图4b 时,由于EVA 的改性,使界面结合提高,纤维断口较齐.更值得关注的是基体破坏时发生大面积屈服,并呈现絮状的细纤束,这说明复合材料韧性的提高是由基体剪切屈服和细纤化所致6.4结语a .EVA 的加入对PP G M T 复合材料的冲击性能有所改善,当EVA 质量分数为基体的20%时达到最大;b.扫描电镜表明,EVA 的加入,可以提高基体的流动性,改善基体与玻璃纤维表面的粘结;c .随着EVA 含量的增加,PP G M T 复合

11、材料冲击破坏由脆性断裂转变为韧性断裂.材料韧性的提高是由基体剪切屈服和细纤化所致.(下转第62页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张师民.聚酯的生产及应用M.北京:中国石化出版社,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本文编辑:萧宁(上接第58页参考文献:1陈二龙,周玉,陈辉,等.G M T材料制造与应用研究进展J.宇航材料工艺,2002,(3:1115. 2曹明干.EVA含量与PP EVA共混体系机械性能的研究J.塑料,2003,4(32:2123.3吴培熙,张留成.聚合物共混改性M.北京:中国轻工业出版社.1998.4张学东,刘广荣.PP EVA共混物相转变对力学性能的影响J.华北工学院学报,1996,17(3:234239.5吴唯,江毅东.PP三元

17、填充共混体系力学性能的研究J.现代塑料加工应用,1994,5(6:2025.6闻荻江.复合材料原理M.武汉:武汉工业大学出版社,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