简述短切玻璃纤维增强热塑性复合材料

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1、简述短切玻璃纤维增强热塑性复合材料晏斌(重庆国际复合材料有限公司研发中心)摘要：短切玻璃纤维增强热塑性复合材料作为热塑性复合材料中的一种被广泛应用于交通、化工、建筑、电子等行业。本文主要介绍短切玻璃纤维增强热塑性复合材料的注射成型工艺、影响制品性能的因素等。关键词：成型工艺；影响因素0前言复合材料根据树脂基体材料不同，分为金属基复合材料、无机非金属基复合材料和树脂基复合材料三大类。树脂基复合材料又分为热固性复合材料和热塑性复合材料（FRTP）两类。热塑性复合材料是指以热塑性树脂为基体，以各种纤维为增强材料而

2、制成的复合材料。如PP、PA66、PA6、PBT等都属于热塑性树脂。玻璃纤维增强热塑性复合材料（热塑性玻璃钢）作为FRTP中的一大类，具有密度小、强度高，热塑性好，耐化学腐蚀，电性能优异，加工性能好等优点，其应用领域十分广泛，主要用于航天航空、汽车制造工业、船舶工业、化工防腐、电子工业及建筑工程等。而短切玻璃纤维增强FRTP作为热塑性玻璃钢中的一大类，得到了很快的发展和广泛的应用。1生产工艺短切纤维增强FRTP是将玻璃纤维（长0.2~7mm）均匀地分布在热塑性树脂基体中的一种复合材料，其生产工艺一般都要经过

3、造粒和成型两个过程。1.1粒料生产工艺粒料生产方法有三种，分别是短切纤维原丝单螺杆挤出法、单螺杆排气式挤出机回挤造粒法、排气式双螺杆挤出机造粒法。本文主要介绍第三种方法。排气式双螺杆挤出机造粒法根据加料方式的不同，可分为两种造粒法。一种是将树脂和短切后的玻璃纤维分别加入排气式双螺杆挤出机的两个加料漏斗，通过送料螺杆将树脂和纤维一起送入料筒内，在料筒内纤维和树脂混合均匀，经过排气段除去混料中的挥发性物质，进一步塑炼后经口模挤出料条，再经冷却、干燥，然后切成粒料，俗称为短纤法。另一种方法是将树脂和纤维（常为合股

4、纱）分别加入排气式双螺杆挤出机的树脂加料漏斗和进丝口，玻璃纤维被左旋螺杆及捏合装置所破碎，后面的工艺与短切法相同，俗称为长纤法。粒料中的玻纤含量，前一种方法可由送料螺杆的转速来控制；后一种方法可由调整送入挤出机的玻纤股数和料筒内的螺杆转速来控制。双螺杆挤出机能有效地使树脂充分塑化，并与纤维均匀复合。其工艺如下图1—1和图1—2。图1-1短纤生产粒料示意图图1-2长纤生产粒料示意图1.2注射成型工艺注射成型是树脂基复合材料生产中的一种重要成型方法，它适用于热塑性和热固性复合材料，但以热塑性复合材料最广。FRT

5、P的注射成型过程主要产生物理变化。增强粒料在注射机的料筒内加热熔化至粘流态，以高压迅速注入温度较低的闭合模内，经过一段时间冷却，使物料在保持模腔形状的情况下恢复到玻璃态，然后开模取出制品。这一过程主要是加热、冷却过程，物料不发生化学变化。注射成型过程如图1-3所示。图1-3注射成型示意图注射成型周期短，热耗量少，产品质量好，可使形状复杂的产品一次成型，而且生产效率高，成本低，只是对模具的要求高，也不能用于长纤维增强的产品。2影响成型制品性能的因素短切玻纤增强FRTP的性能与许多因素有关。以下主要介绍几种常见

6、的影响因素对其力学性能的影响。2.1纤维含量的影响各种树脂品种对短切玻纤增强FRTP的最佳纤维含量是不同的，增强尼龙的最佳含量为30%左右，增强聚甲醛的最佳玻纤含量则为20%左右。表2-1为玻璃纤维含量对增强PA66性能的影响。从表中看出，玻璃纤维含量从20%增大到55%，力学性能都在不断的增加。玻纤含量在40%~55%之间时，力学性能变化很缓慢。当玻纤含量超过60%时，力学性能反而降低，这是因为含量过多，成型过程中纤维磨损严重，反而会导致纤维丧失增强作用。当纤维含量过少时，其拉伸强度和冲击强度都会下将。表

7、2-1同一种短切纤维ECS301HP-3增强尼龙66时纤维含量对力学性能的影响测试项目20%30%40%45%50%55%60%65%拉伸强度/MPa138.70189.99200.11225.81228.26246.25242222.71伸长率(%)15.0411.5315.3014.5215.7514.3018.5914.00弯曲强度/MPa206.37286.53293.89336.70334.48363.91349.26319.71弯曲模量/GPa5.067.138.1710.3811.6313.6

8、313.6315.75缺口冲击KJ/M29.2416.7416.1721,8718.0320.2219.7522.02无缺口冲击KJ/M24885.75101.75107.50100.5105.7594.7570.252.1纤维质量的影响2.2.1纤维直径对性能的影响玻璃纤维直径对短切纤维增强FRTP的性能影响是一个复杂的问题，表2-2为纤维直径对尼龙复合材料的影响。一般来讲，纤维直径越细，强度越高。但是若纤维直