1、玻璃纤维2023 年 第 3 期 20应用研究中图法分类号：TQ171.77+7 文献标识码：A玻璃纤维直接纱增强 LFT 聚丙烯粒料的研究章建忠，严忠平，樊家澍，钱宇卿，王跃波（巨石集团有限公司，桐乡314500）摘 要：通过对浸润剂配方进行升级，开发全新的362H产品用于增强聚丙烯LFT粒料工艺，对其在不同湿度下毛羽测试及粒料浸渍进行分析。研究结果表明：362H产品毛羽更少，玻纤与聚丙烯树脂结合性更好，满足客户高要求的使用工艺和机械 性能。关键词：玻璃纤维；LFT；聚丙烯；浸润剂；毛羽；浸渍StudyonLFT-PPPelletsReinforcedwithGlassFiberDirect
2、RovingZhangJianzhong,YanZhongping,FanJiashu,QianYuqing,WangYuebo(JushiGroupCo.,Ltd.,Tongxiang314500)Abstract:A new direct roving 362H,which was appropriate for LFT-PP,was developed.The results of the fuzz test under different humidity and pellet impregnation analysis showed that 362H products had le
3、ss fuzz and good compatibilty with PP resin,which met the high requirements of customers for processing and mechanical properties.Key words:glass fiber;LFT;PP;sizing;fuzz;impregnation0 前言聚丙烯（PP）具有密度小、强度高、耐化学性能好、加工工艺性好等特点，近年来已成为汽车用塑料中最为普遍，也是用量最大的非金属复合材料之一。我国汽车工业对聚丙烯（PP）市场需求持续增长，主要因为PP能够与多种材料很好地混配，以较低
4、的价格达到高流动性、超高韧性、高刚性、高耐热性，实现减重和轻量化等设计目标1-3。其中，以长玻纤增强热塑性树脂材料为代表的高性能复合材料，促使汽车轻量化成为新型汽车的发展趋势，也使得人们将注意力转向到了LFT研究和开发上。LFT是Long-fiber reinforce thermoplastic的简称，中文译为长纤维增强热塑性塑料，就是通过利用模具加热，使玻纤和树脂结合，得到复合物的料粒，再通过注塑或模压工艺成型得到部件，或者通过在线混合后直接采用注塑或模压成型，主要是用于汽车部件或结构件4-6。玻璃纤维在保证复合材料制品优异的机械性能的同时，也要具有良好使用生产顺畅性。LFT是相对较为复杂
5、的生产工艺，对玻纤要求高。因此在生产时毛羽量的大小直接影响生产顺畅性，玻纤与树脂结合性影响产品外观和质量，关系到客户的生产效率、生产车间的环境及成品率7-8。收稿日期：2023-01-03修回日期：2023-03-19作者简介：章建忠（1981），男，高级工程师。主要从事玻璃纤维及复合材料方面的研究。章建忠，等：玻璃纤维直接纱增强 LFT 聚丙烯粒料的研究DOI:10.13354/32-1129/tq.2023.03.004玻璃纤维2023 年 第 3 期 21应用研究章建忠，等：玻璃纤维直接纱增强 LFT 聚丙烯粒料的研究本文主要研究了玻璃纤维直接纱在不同湿度使用时的毛羽量情况，侧重环境对生
6、产工艺的影响，分析了LFT粒料界面结合和玻纤制品机械性能，对于解决客户生产顺畅性和产品质量具有重要的指导意义。1 实验部分1.1 原材料玻璃纤维，362H，巨石集团有限公司；参比样一，参比样二，是市面上较为常见的同类产品；PP，BX3900，韩国SK；相容剂，1001，以色列polyram。1.2 设备仪器毛羽机，自制；恒温恒湿机，ETHW-200RK，上海毅测试验设备有限公司；电子天平，BS224S，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；LFT挤出机，昆山科信橡塑机械有限公司；注塑机，S-2000il00A型，日本FANUC；搅拌机，自制；万能材料试验机，Z050型，德国Zwick公司；冲击试验
7、机，6956.000型，意大利CEAST公司；偏光显微镜，型号DYE-400E，上海点应光学仪器有限公司。1.3 增强LFT聚丙烯用直接纱样品的制备362H为一款硅烷偶联剂浸润剂，聚丙烯乳液作成膜剂，搭配硅油类润滑剂，配置稳定的浸润剂，经过拉丝成型、烘干后，制得玻纤产品。1.4 毛羽测试方法连续的玻璃纤维在经过毛羽机，被毛羽机箱内的张力棒施加一定张力的条件下，玻纤得到分散，玻纤表面被破坏，部分单丝断裂，产生毛羽，在风机的吸力下，被留在了毛羽机箱内，在停止机器后，收集毛羽机箱内的毛羽，称量该毛羽质量和对应的测试的纱线质量，计算得到毛羽量（mg/kg）9。1.5 增强聚丙烯LFT粒料的制备按图1
8、LFT粒料制备过程将干燥的PP树脂混合物从料口中加入挤出机中，然后浸渍分散玻璃纤维，再把含有树脂的玻纤通过牵引、冷却后切成12 mm长度的粒子，制得含有40wt%玻纤粒料如图210。直接纱挤出机冷却牵引切割浸渍图1 LFT粒料制备过程图2 LFT粒料1.6 LFT粒料截面结合粒料通过树脂固化得到样品标本，将标本表面进行打磨，得到平整、干净的截面。通过实验室光学显微镜分析，对粒料横截面进行对比。1.7 粒料浸渍性测试方法测试操作：测试操作前，粒料预先在温度为（232），相对湿度为（505）%的标准实验室条件下，放置至少24 h。取50g粒料，搅拌前体积记为V1，通过搅拌机搅拌后粒料破坏后，体积记
9、为V2。浸渍不良的粒料被破坏，其中玻纤毛羽会被打散，从而体积增加，作为玻璃纤维2023 年 第 3 期 22应用研究料粒的浸渍性能的判断。因此通过对搅拌前后的体积比分析，即可对整个料粒的浸渍进行判断。1.8 机械性能测试不同玻纤制得的粒料，在相同的注塑工艺条件下，注塑成含有40wt%玻纤粒料的标准样条，分别测试拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。（1）拉伸强度按照ISO527纤维增强塑料拉伸性能测试标准。（2）弯曲强度按照ISO178纤维增强塑料弯曲性能测试标准。（3）悬臂梁无缺口冲击强度按照ISO179纤维增强塑料冲击性能测试标准。（4）悬臂梁缺口冲击强度按照ISO179纤维增强塑料冲击性能测试标
10、准。备 注：测 试 操 作 前，样 条 预 先 在 温 度 为（232），相对湿度为（505）%的标准实验室条件下，放置至少24 h。2 结果与讨论2.1 在不同湿度下的毛羽量对比通过恒温恒湿机控制环境温度，环境温度设定在25 时，分别在40%、60%、80%三个湿度下，检测产品毛羽。362H参比样一湿度 40%湿度 60%湿度 80%参比样二毛羽量/mgkg-1图3 毛羽对比数据通过图3毛羽量对比，在同一湿度下，不同产品的毛羽量存在差异，从图3中40%和60%湿度下3个样品毛羽量差别较小，但是在80%湿度下3个样品毛羽量相差甚大。在高湿度下使用时，张力辊及模具会累积更多毛羽，影响使用顺畅性。
11、说明玻纤表面聚丙烯成膜剂和润滑剂的选择能有效减少高湿环境下的毛羽量。综合可得，362H产品耐磨性更优，在各种湿度环境下都具有更优的使用性能，可提高生产顺畅性和生产效率。2.2 不同玻纤所制得粒料微观对比不同玻纤所制得粒料微观对比见图4所示。a.362H粒料截面b.参比样一粒料截面c.参比样二粒料截面图图4 362H和参与样截面的比较章建忠，等：玻璃纤维直接纱增强 LFT 聚丙烯粒料的研究玻璃纤维2023 年 第 3 期 23应用研究通过图4对比，发现玻纤分散和树脂结合存在较大差异，从4b和4c显示2个参比样存在玻纤聚集，导致树脂浸润出现问题，出现大面积黑色阴影部分没有浸润树脂。从4a中看出玻纤
12、分散较好，只有很小部分出现树脂未浸润。粒料中玻纤分布均匀性差，直接导致粒料表观质量差，严重的会出现切粒时出现毛丝拖尾，导致粒料质量差，降低粒料成品率。2.3 不同玻纤所制得粒料浸渍性对比粒料通过搅拌机搅拌破坏，得到搅拌前后状态，如图5所示。图5 粒料搅拌前后状态分别测试搅拌前后体积，得到以下数据，见表1：表1 浸渍性能数据对比样品名称搅拌前 V1搅拌后 V2V2/V1362H951051.10参比样一951301.36参比样二951151.21测试结果：从图5看出搅拌之后参比样一和二均出现毛羽团，有部分粒料被打碎。362H粒料搅拌后整体保持较好，没有出现毛羽。再结合表1中体积比，说明362H玻
13、纤与树脂浸润充分，粒料不容易被破坏。2.4 不同玻纤所制复合材料机械性能的对比样品玻纤在LFT-G工艺下制得粒料，分别注塑成标准样条，在实验室测试拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，得到以下数据：表2 机械性能测试对比测试项目测试标准362H参比样一 参比样二拉伸强度/MPaISO527152142146弯曲强度/MPaISO178246226232无缺口冲击强度/kJm-2ISO179 Charpy646162缺口冲击强度/kJm-2ISO179 Charpy353334测试结果：从表2中看出，362H样条拉伸强度能达到152 MPa，相比参比样一和二分别提高了7%和4%，而弯曲强度达到246 M
14、Pa，相比参比样一和二分别提高了8%和6%。无缺口冲击强度和缺口冲击强度略高。结果表明，362H玻纤与树脂浸润充分，对样条的机械性能有了提高。2.5 玻纤表面SEM照片对比不同玻纤通过SEM形貌照片，观察浸润剂在玻纤表面涂覆情况，从图6中看出362H表面涂覆均匀，有助于在生产使用过程中减少摩擦产生毛羽。均匀的表面浸润剂涂层提高了玻纤与树脂的相容性，产生更强的界面结合力，从而保证了玻纤在树脂中优异分散性，提升了制品的机械性能。a.362H玻纤章建忠，等：玻璃纤维直接纱增强 LFT 聚丙烯粒料的研究玻璃纤维2023 年 第 3 期 24应用研究b.参比样一玻纤c.参比样二玻纤图6 不同玻纤表面SE
15、M照片3 结论本文主要研究了不同玻纤增强LFT聚丙烯粒料的影响，结合使用顺畅性、粒料表观性能及制品机械性能的对比，得到以下结论：（1）在使用顺畅性上，362H产品耐磨性更优，在各种环境湿度下都有更优的使用性能。（2）玻纤表面均匀的涂覆性能提升玻纤与树脂的界面结合性，从而提升LFT粒料的产品质量。（3）通过对制品机械性能对比，362H产品具有更优异的机械性能，可以满足客户对产品性能的高要求。参考文献：1张耀明，李巨白，姜肇中.玻璃纤维与矿物棉全书M.北京：化学工业出版社，2001.2王鉴，王思，张楠，等.改性聚丙烯材料在汽车零部件上的应用进展 J.炼油与化工，2011，22（06）：5-8.3L
16、am S，Hilas 0.Pharmacologic management of overactive bladderJ.Clin Interv Aging，2007，2（3）：3373454蔡福泉.连续纤维增强热塑复合材料研发及应用 J.高科技纤维与应用，2016（6）：1-5+23.5蒋伟星，李荣勋，申欣，等.玻璃纤维增强聚丙烯的研制J.橡塑技术与装备，2005，31（8）：242.6陈桂兰，周嫒，焦叙强，等.新型聚丙烯合金材料的研究J.塑料科技，2002（2）：11-147邹国享，张鑫，黄俊生，等.注塑工艺对LGFPP力学性能的影响 J.现代塑料加工应用，2013，25（2）.8蒋鼎丰.海源全自动LFT-D模压生产线的应用和特点 J.玻璃钢，2014（2）：15-19.9褚旭.玻璃纤维纱线与芳纶纱线毛羽检测与检测机构设计 D.东华大学.2015.10陈可娟，何敏，汪涛.长玻纤增强热塑性塑料熔融浸渍模头的发展概况 A.2009年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集 C.2009：306309.章建忠，等：玻璃纤维直接纱增强 LFT 聚丙烯粒料的研究