高聚物工程

王全兵，张志军，刘爱学，等

高聚物工程

高承载耐磨PEEK复合材料配方与制备工艺研究

王全兵，张志军，刘爱学，等

目的：聚醚醚酮（PEEK）是一种具有优良力学性能、耐化学药品性、耐高温性、耐辐射性、抗水解性、耐磨耗性及结晶度高的超高性能热塑性半结晶型工程塑料。但是，PEEK树脂合成工艺复杂，成本高，摩擦因数偏高，玻璃化转变温度不高（143℃），限制了其进一步应用。对PEEK进行纤维增强、无机填料填充以及有机材料共混等改性，可进一步增强PEEK的力学性能、热性能，降低摩擦因数，减少磨耗量，可适合作为精度高、润滑不够、腐蚀等严酷环境的摩擦材料。方法：以PEEK为基体，加入聚四氟乙烯和不同增强材料制备了系列PEEK复合材料，探讨了成型制备工艺、增强材料种类对复合材料力学性能和摩擦性能的影响，制备了高承载耐磨PEEK复合材料。分别研究了冷压烧结、高温模压、挤出注塑等成型方式和碳纤维、钛酸钾晶须、偶联剂处理的钛酸钾晶须等增强材料对聚醚醚酮复合材料力学性能和摩擦性能的影响。结果：成型工艺对聚醚醚酮复合材料性能的影响：挤出注塑成型方式所制备样品具有最高的拉伸强度，约为80 MPa，分别比高温模压成型和冷压烧结成型高约10 MPa和30 MPa，此外，挤出注塑成型方式所制备样品也具有最高的压缩强度；3种成型工艺所得制品摩擦因数均在 0.1附近波动，对比摩擦因数波动幅度发现，冷压烧结成型制品波动最大，高温模压成型次之，而挤出注塑成型制品的摩擦因数波动曲线最为平稳。从各制品2 h磨耗量数据可以看出，高温模压、挤出注塑制品表现出良好的耐磨性能，其2 h磨耗量均在20 mg以下，而冷压烧结成型制品则具有较大的磨耗量。增强材料对聚醚醚酮复合材料性能的影响：未加纤维增强的试样其拉伸强度和压缩强度明显低于纤维增强的复合材料。通过比较可以看出，加有碳纤维的制品其力学性能最优，拉伸强度约120 MPa，压缩强度高达160 MPa，这与碳纤维本身的高强度高模量有关。加有偶联剂处理钛酸钾晶须的制品也具有优异的力学性能，分别达到110 MPa和150 MPa。通过比较还可以发现，加有偶联剂处理钛酸钾晶须的制品其拉伸强度和压缩强度分别比未加偶联剂处理的制品提高了约20%和10%；加有纤维增强的复合材料其摩擦因数较未加纤维的有所降低，均在0.10附近波动，并且2 h的磨耗量也明显低于后者。结论：PEEK及其复合材料可以用不同成型方式进行加工；其中挤出注塑成型工艺所得PEEK制品力学性能和摩擦性能最优；纤维的加入能够明显提高PEEK复合材料的力学性能，降低摩擦因数，减少磨损量；不同纤维的配方工艺中，偶联剂处理过的钛酸钾晶须制品能够获得力学和摩擦综合性能最优的制品。

来源出版物：塑料工业, 2013, 41(1): 116-119

入选年份：2014

三元乙丙橡胶/乙烯-辛烯共聚物/甲基乙烯基硅橡胶共混物的制备与性能

肖建斌，李建芳，邢祥菊，等

摘要：采用甲基乙烯基硅橡胶（MVQ）改性三元乙丙橡胶（EPDM）可显著提高EPDM的耐热性和耐寒性，但是EPDM/MVQ共混物属于不相容体系。乙烯-辛烯共聚物（POE）与EPDM结构相似，与EPDM的相容性较好，在EPDM中加入POE能改善前者的加工性能，同时有助于MVQ与EPDM的相容，此外POE部分代替EPDM也可降低原材料成本。本工作即采用动态硫化法通过双螺杆挤出机制备POE/MVQ热塑性弹性体（PMTPV），进而将其与EPDM共混制备EPDM/POE/MVQ三元共混物（EPDM/PMTPV），并研究共混胶的性能。制备PMTPV的配方为：POE 100份，MVQ 80份，TX-29 0.5份。高温开炼机工艺：在140℃的开炼机上将POE塑炼，包辊后加入MVQ混炼均匀，再分批加入硫化剂TX-29，打三角包混炼均匀，下片停放待用。转矩流变仪工艺：先将POE加入到转矩流变仪中熔融塑化，待转矩-时间曲线平稳后加入MVQ进行共混，转矩曲线平稳时分批加入硫化剂TX-29进行动态硫化，硫化完全后排料，开炼机上下片温度均为 80℃。开炼机预混-双螺杆挤出机工艺：在80℃的开炼机上将POE塑炼，包辊后加入MVQ混炼均匀，再加入硫化剂TX-29，打三角包混炼均匀，下片厚约 2 mm。将胶片剪成细条后从双螺杆挤出机辅喂料口直接加入。将动态硫化后的试样模压成2 mm厚试片进行各项性能的测试，模压温度150℃，预热5 min，保压5 min，排气3次，热压压力5 MPa，冷压压力10 MPa。EPDM/PMTPV混炼胶，采用由双螺杆挤出机经动态硫化制备的PMTPV与EPDM共混，二者混炼比例分别为100/0、80/20、60/40、40/60、20/80及0/100。其他组分用量为：强威粉60份，白炭黑20份，氧化锌3份，石蜡1份，防老剂RD 1份，过氧化二异丙苯3份，三烯丙基异氰脲酸酯1份。合计189份。用双螺杆挤出机制备PMTPV中MVQ的交联颗粒最小，且相态结构均匀，分散效果最好同时综合性能最好。PMTPV与EPDM共混，随着PMTPV用量的增加，EPDM/PMTPV共混胶的力学性能、绝缘性、耐寒性、耐热性及耐油性得以改善。扫描电镜分析结果也说明在EPDM/PMTPV体系中，EPDM与MVQ的相容性比在EPDM/MVQ直接共混体系中有了较大程度的提高。对比高温开炼机转矩流变仪和双螺杆挤出机3种工艺，其中用双螺杆挤出机通过动态硫化制备PMTPV的综合性能最好。PMTPV的加入改善了EPDM的力学性能绝缘性耐寒性及耐油性等；随着PMTPV用量的增加，EPDM/PMTPV共混胶的热稳定性逐渐提高。相对于将EPDM与MVQ直接共混的方法，先将POE与MVQ通过动态硫化制备出POE基热塑性弹性体，再将该弹性体与EPDM共混的制备方法明显改善了EPDM与MVQ的相容性。

来源出版物：合成橡胶工业, 2014, 37(1): 20-24

入选年份：2014

三元乙丙橡胶的分子结构参数对其性能的影响

王鹤，丁莹，赵树高

摘要：过氧化物硫化三元乙丙橡胶（EPDM）在耐热性方面具有优势，三元乙丙橡胶结构参数导致不同品种EPDM之间的性能存在着较大的差异，并且影响着过氧化物的交联效果。本工作选用过氧化物硫化的不同牌号的三元乙丙橡胶，考察乙烯含量和第三单体亚乙基降冰片烯（ENB）含量对未填充EPDM混炼胶硫化特性的影响以及不同结构的 EPDM 橡胶交联结构对橡胶分子链运动能力及相关物理机械性能的影响。首先，通过无转子硫化仪考察EPDM混炼胶在硫化温度175℃下的硫化特性，得到EPDM混炼胶的焦烧时间、工艺正硫化时间、硫化程度、硫化速率随乙烯含量、ENB含量的变化关系。其次，通过核磁交联密度测试仪分析乙烯变量、ENB变量对EPDM硫化胶网络结构的影响。根据过氧化物硫化EPDM机理，进一步通过RPA 2000的动态应变扫描和动态机械热分析仪的温度扫描考察 EPDM 硫化胶的交联密度和交联点结构的变化对交联网络分子链运动能力造成的差异以及分子链黏弹性的变化。最后，通过电子拉力机对 EPDM 硫化胶进行拉伸测试和热氧老化性能测试。通过无转子硫化仪、动态机械热分析仪、核磁共振交联密度仪等分析手段，考察了乙烯含量、ENB含量对过氧化物硫化的三元乙丙橡胶性能的影响。结果表明，乙烯含量增加，有助于 EPDM混炼胶交联程度和硫化速率的提高，而焦烧时间和正硫化时间变化不大。ENB含量增加，EPDM混炼胶交联程度提高，说明双键的引入提高了过氧化物的硫化效率，但正硫化时间延长，其硫化胶的玻璃化转变温度随 ENB含量的增大向高温方向移动，损耗因子峰值降低；玻璃态的储能模量随EPDM种类不同有较大变化，而未填充EPDM硫化胶的高弹态的储能模量与损耗因子基本不受EPDM分子结构参数而变化。乙烯含量增加，EPDM 硫化胶的储能模量增大，拉伸强度明显提高，耐热氧老化性能提高。三元乙丙橡胶的乙烯含量、ENB含量对过氧化物硫化EPDM混炼胶及其硫化胶性能影响较大。乙烯含量的不同影响EPDM大分子的交联过程，进而影响硫化胶的交联结构，乙烯含量越高，有利于橡胶的耐老化性能。第三单体 ENB含量的不同，导致过氧化物硫化中参与加成反应的比例上升，造成 EPDM 硫化胶硫化网络的差异，进而影响物理性能变化。

来源出版物：合成橡胶工业, 2014, 37(2): 139-143

入选年份：2014

增塑剂在热塑性淀粉中的应用研究进展

唐皞，郭斌，薛岚，等

摘要：目的：石油基塑料的不可再生和不可生物降解等特性带来了环境污染、能源紧缺等一系列问题，而热塑性淀粉（TPS）因其原料来源广泛、价格低廉、可再生、对环境污染小、可完全降解，是一种具有发展潜力的天然高分子聚合物。方法：所谓热塑性淀粉是指通过物理或化学处理，使淀粉晶区尺寸变小、数目增多，分子间氢键作用减弱，链段运动的初始温度降低，即玻璃化温度降低，在分解前实现了晶区的熔融，由双螺旋构象转变为无规线团构象。这样，就具备了类似聚乙烯的加工性能，可通过挤出、流延、注塑、吹塑和压片等成型加工方法制备成塑料制品。淀粉中加入增塑剂，在高温剪切力作用下，渗透到淀粉分子之间，与淀粉之间形成强烈的氢键作用，取代了淀粉分子内或分子间的氢键，使玻璃化转变温度降低，加工性能得到改善，便可得到热塑性淀粉。对热塑性淀粉的研究，关键在于增塑剂的选择，不同的增塑剂会影响到热塑性淀粉各方面的性能。结果：常用于热塑性淀粉的增塑剂主要分为三大类：多元醇类、酰胺类、油脂类。其中，多元醇类主要包括甘油、聚乙二醇和山梨醇等，此类增塑剂易产生淀粉的回生作用。纯甘油增塑的TPS其力学性能较差，所以研究者们往往加入一些其他物质来改善，如纤维素、脂肪族酰胺二醇、柠檬酸、苹果酸、碱金属的氯化物、海藻酸钠等。酰胺类增塑剂可以提高热塑性淀粉塑料的各方面性能，这是由于酰胺类增塑剂可以和淀粉形成更强更稳定的氢键，酰胺类主要包括尿素、甲酰胺和乙酰胺等，可以有效地抑制淀粉回生。羟烷基甲酰胺类化合物也被用来作为TPS的增塑剂。如：N-（2-羟乙基）甲酰胺、N,N-二（2-羟乙基）甲酰胺、N-（2-羟丙基）甲酰胺、N-（2-羟乙基）-N-甲基甲酰胺。乙二撑二甲酰胺作为一种新型增塑剂来制备 TPS是一种新的思路，天津大学的研究者于九皋等对此进行了系统的研究。油脂类其本质还是高级脂肪酸和油酸、亚油酸、亚麻酸、硬脂酸、棕榈酸的三甘油酯，淀粉和植物油是可替的自然资源，制备的材料对环境造成轻微影响。这是研究者们热衷于此类增塑剂的一个重要原因。结论：对于热塑性淀粉中的增塑剂而言，可从以下几方面入手：（1）合成高效率的增塑剂。通过有机合成的方法，制备同时具有多种官能团的增塑剂，聚其优点，避其不足。（2）增塑剂的复配。通过现有增塑剂的排列组合，达到既降低成本，又提高增塑效果的目的。（3）增塑剂的协同效应。考虑成本因素，寻找一些助剂，本身不具备增塑的作用，但能通过协同效应提高增塑剂的使用效果。

来源出版物：塑料工业, 2012, 40(7): 1-4

入选年份：2015

复杂注塑零件翘曲最优化控制方法研究及应用

梅益，汪希奎，肖石霞，等

摘要：目的：翘曲是注塑成型常见缺陷之一，翘曲过大对塑料制品的外观质量和使用性能均有重要影响。通过对模具及熔体温度、保压压力及时间、注射时间和冷却时间等工艺参数进行优化，获取较优参数组合，从参数优化上降低塑件翘曲。方法：设计3种注射方案：双分型面，点浇口形式；单分型面，侧面一个侧浇口形式；单分型面，侧面两个侧浇口形式。通过分析3种不同注射方案的优缺点，结合分析塑件的结构形式，确定最佳方案。针对确定的最佳注塑方案，选取六个对注射成型质量有影响的工艺参数：模具温度（A）、熔体温度（B）、保压压力（C）、冷却时间（D）、保压时间（E）、注射时间（F），每个因素分别选取三个水平，采用正交试验法对各工艺参数变化与塑件翘曲变化之间的关系进行研究，通过数据结果分析优化参数设置。选用L18（37）型正交试验表，不考虑因素之间的交互作用，得到 18种试验方案，采用注塑仿真软件对这 18种方案进行仿真分析。设置的仿真模拟步骤是：（1）使用UG建立塑件产品三维模型；（2）将三维模型导出为STL格式文件；（3）在仿真系统中导入此STL格式文件，并进行网格划分、网格诊断和修复；（4）在网格模型上创建浇注系统；（5）依次执行正交试验设定的试验方案，设置注塑工艺条件和参数；（6）执行完整的冷却、充填、保压、翘曲分析；（7）生成试验报告，记录翘曲变形量；（8）再次执行（5）→（6）→（7）的循环分析，直到完成正交试验所有分析方案为止。将所得结果进行正交分析，计算出各影响因子水平的翘曲均值、极差大小，并排出了影响塑件翘曲因素的主次顺序，确定了最优参数组合。结果：通过仿真模拟对正交试验法所制定的试验方案进行逐一模拟分析，得出每个试验方案的翘曲变形量。把得到的结果数据进行极差分析，计算得到各因素的极差数据。经过计算分析，各列因素的极差值不相等，这说明不同因素的水平改变对试验结果的影响程度是不相同的。极差越大，说明该因素水平改变对试验结果的影响越大，极差最大的因素就是影响试验结果最主要的因素。经计算结果比较，根据各因素极差大小，得到各影响因素的主次顺序依次为：B、D、F、E、C、A，即：熔体温度水平改变对试验结果影响最大，模具温度水平改变对试验结果影响最小。根据塑件使用性能要求，确定的最优方案评价标准为：塑件翘曲变形量越小越好。因此选取的最优水平组合为：A1B3C3D1E3F3，即模具温度为60℃，熔体温度为220℃，保压压力为85 MPa，冷却时间为5 s，保压时间为35 s，注射时间为3 s。经仿真计算对最优参数组合进行验证，得出翘曲量为0.2373 mm，翘曲效果最好。结论：（1）通过模拟仿真和正交试验法的综合运用，确定了各设计因素对塑件翘曲量影响的主次因素顺序为：熔体温度、冷却时间、注射时间、保压时间、保压压力、模具温度，熔体温度变化对翘曲结果影响最大。（2）获得了最优工艺参数组合为：模具温度 60℃，熔体温度 220℃，保压压力85 MPa，冷却时间5 s，保压时间35 s，注射时间3 s。有效地提高了模具设计的质量和效率，降低了模具设计和制造成本。

来源出版物：塑料工业, 2013, 41(5): 52-54

入选年份：2015

阻燃型LGF/PA6复合材料的制备及阻燃机理研究

左晓玲，张凯舟，邵会菊，等

摘要：目的：长玻璃纤维增强聚酰胺（LGF/PA6）是一种具有优异力学性能与耐高温特性的复合材料。然而，由于玻璃纤维的存在导致的“烛芯效应”使得该复合材料比未添加玻璃纤维的聚酰胺材料更易燃。因此，在电气工程及其自动化等领域，优化该复合材料的燃烧行为以及阻燃性能是一个重要的研究热点。方法：熔融挤出前，将聚酰胺6（PA6）、溴化环氧树脂（BER）和三氧化二锑（Sb2O3）在80℃真空干燥24 h。将充分混合后的粒料（PA6/BER/Sb2O3质量分数比 40%/50%10%）由同向双螺杆挤出机熔融挤出造粒（挤出温度为 205～240℃），冷却后得到阻燃剂母粒。LGF/PA6复合材料由同样的方法挤出造粒（玻璃纤维质量分数恒定在25%），母粒长度为 12 mm。注塑成型前，将上述得到的母粒在80℃真空干燥24 h，注塑温度为225～280℃，得到各性能测试所需样条。燃烧与阻燃性能由锥形量热仪（CONE），极限氧指数（LOI）仪和垂直燃烧测试（UL94）表征；残留物质量与残炭结构分别由热失重仪（TGA）和红外光谱分析仪（FTIR）表征。结果：LGF/PA6复合材料没有燃烧等级（HB级）且其LOI很低，仅为21.6%。然而，随着阻燃剂（FR，即BER协效Sb2O3）添加量的增加，直至最大添加量16%时，阻燃型LGF/PA6复合材料（即FR/LGFPA6）的LOI值由22.3%提高至25.9%。其中，当FR的添加量仅为12 wt%时，FR/LGFPA6复合材料便达到了 V-0级这一最佳阻燃级别，其 LOI为23.9%。燃烧热释放速率（HRR）与总热释放量（THR）曲线在相同的燃烧时间下所对应的值亦随着阻燃剂添加量的增加而大幅减小。其中，当FR/LGFPA6复合材料含有16 wt%的阻燃剂时，其燃烧热释放速率峰值（pHRR，52 kW/m2）低于未添加阻燃剂的LGFPA6复合材料的一半（121 MJ/m2），并且由于BER与Sb2O3优异的协效阻燃能力，FR/LGF/PA6复合材料的THR由未添加阻燃剂试样的 52.2 KW/m2下降到 18.7 kW/m2。随着FR/LGF/PA6复合材料中阻燃剂添加量的增加，平均有效燃烧热（AEHC，7.9～2.8 MJ/kg）与平均比消光面积（ASEA，175～603 m2/kg）分别表现为不断减小与增加，说明该复合材料具有优异的气相阻燃能力。此外，TGA测试结束后得到的残留物质量亦随着复合材料中阻燃剂的增加而表现为增加（25.4%～28.1%），说明某种程度上BER与Sb2O3的添加促进了LGFPA6复合材料的成炭能力，该结论在 FTIR表征中得以辅证。值得一提的是，FR/LGFPA6复合材料的拉伸、弯曲强度均随着阻燃剂添加量的增加而表现为先上升后下降的趋势，并在阻燃剂添加量为12%时达到峰值，分别为178、230 MPa。即使添加量为16%时，该材料的拉伸、弯曲强度分别为174、217 MPa，均大于未添加阻燃剂试样对应的力学强度指标（其拉伸、弯曲强度分别为174、217 MPa）。结论：这篇文章研究了BER协效Sb2O3阻燃LGF/PA6复合材料，由得到的结论可知随着阻燃剂添加量的增加，一方面促进了FR/LGF/PA6复合材料的气相阻燃能力，另一方面小幅提高了其成炭能力。当阻燃剂添加量仅为12%时，该复合材料的阻燃级别达到V-0级且力学性能表现为最优，其 LOI也相应高于未添加阻燃剂的LGF/PA6复合材料。

来源出版物：塑料工业, 2013, 41(6): 103-108

入选年份：2015

IFR/OMMT协同阻燃长玻纤增强聚丙烯的阻燃性能和热稳定性能研究

罗兴，何敏，郭建兵，等

摘要：目的：近年来，长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料（LGFPP）的发展十分迅速，应用领域十分广泛。但美中不足的是，长玻璃纤维因其“灯芯效应”，极易燃烧，且在燃烧过程中的发热量大，甚至会产生大量不饱和的气体促进燃烧，这就使其不能被用于对阻燃性能要求较高的领域。对长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料进行阻燃改性研究，就十分必要。方法：采用膨胀阻燃剂（IFR）为阻燃剂，有机蒙脱土（OMMT）为协效阻燃剂，对LGFPP进行阻燃改性，研究OMMT与IFR阻燃剂的协同效应对 LGFPP复合材料阻燃性能和热稳定性能的影响。通过氧指数测试、热失重分析分析（TG）和扫描电子显微镜（SEM）分析等手段判定该 LGFPP复合材料的阻燃性能、热稳定性能及成炭性。结果：从氧指数测试分析看，因IFR阻燃剂受热分解后，会形成一层蓬松多孔的炭层，覆盖在材料表面，将材料与氧气隔开，阻碍材料与热源之间的热和氧气的扩散，防止挥发性可燃气体的产生，保护未燃区域和 PP基体，减缓甚至是停止燃烧的作用，使得 LGFPP的氧指数有所增加；而当加入OMMT后，LGFPP/IFR体系的氧指数更加明显地提高，主要是因为 OMMT片层结构在燃烧时形成耐高温的屏障，阻止热和氧向内部基体传递；且 OMMT和IFR会形成一种硅酸盐陶瓷结构，增强LGFPP的热稳定性和防火性能；另外，OMMT产生的Hoffman反应进一步促进氧化脱氢交联炭化过程，增加残炭率；此外，硅酸盐片层的烧蚀重组，对体系可起到物理屏障的保护作用，也可限制氧气向燃烧表面挥发。但是当 OMMT的添加量（质量分数）大于 2%以后，体系的氧指数不增反降。这是因为OMMT的层状结构阻碍IFR产生的水蒸气及不燃气体的扩散，不利于材料的膨胀发泡；且大量的硅酸盐片层的烧蚀重组也会抑制 NH3的挥发和膨胀型炭层的形成；另外，IFR阻燃剂的减少使材料中的气源减少，导致体系的氧指数降低。说明OMMT与IFR阻燃剂的协同阻燃作用存在最优化量。从 TGA分析看，相比LGFPP，LGFPP/IFR体系的残炭量增加。这是因为 OMMT片层结构在燃烧时形成耐高温的屏障，且OMMT与IFR会形成一种硅酸盐陶瓷结构；而且，硅酸盐片层的烧蚀重组，对复合材料表面可起到物理屏障的保护作用，阻止热和氧向内部基体扩散和传递，进一步增强了 LGFPP/IFR的热稳定性。并且 OMMT产生的Hoffman反应进一步促进氧化脱氢交联炭化过程，更能提高LGFPP/IFR燃烧后的成炭率。从SEM分析得到，LGFPP经过燃烧后只剩下光滑的玻璃纤维，没有其他残余物。而LGFPP/ IFR试样燃烧后在玻纤表面出现了一些气泡，这些气泡主要是由膨胀阻燃剂中的气源引起的。气源在受热后会分解产生不可燃气体和水蒸气，在炭层的作用下形成气泡；当体系继续受热，这些气泡会膨胀破裂，以一部分热量提高热稳定性。而 LGFPP/ IFR/OMMT燃烧后形成了比较致密的硅酸盐保护层，这些致密的硅酸盐保护层在燃烧过程中能把材料和氧气隔开，阻隔材料和热源之间的热与氧气的传递和扩散，起到了良好的阻隔作用，因而更加有效地提高材料的阻燃性能和热稳定性。进一步证实了氧指数测试、TGA的结果。结论：通过氧指数测试、TGA分析和SEM观察，OMMT与IFR协效阻燃体系在材料燃烧后的表面形成比较致密的硅酸盐保护层，这些致密的硅酸盐保护层在阻隔基体材料与燃烧区域间的热和氧的传递方面呈现突出的优势，使 LGFPP复合材料的阻燃性能和热稳定性能得到明显的改善。由于目前的协效剂种类繁多，各有各的特点，故其协效阻燃剂的协效效果会有所不同。因此，下一步的工作计划可以探讨不同的协效剂对阻燃体系的性能影响，并且对比各类协效剂的协效效率等。并且，虽然长玻璃纤维的某些性能优于短玻璃纤维，但短玻璃纤维可能会减弱“灯芯效应”，从而影响材料阻燃性能。所以，本课题针对的是长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料材料，今后的课题也可尝试短玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。

来源出版物：塑料工业, 2013, 41(8): 31-34

入选年份：2015

长玻纤增强复合材料老化研究进展及防老化研究

左晓玲，张道海，罗兴，等

摘要：随着国民经济的快速发展，高性能、低成本热塑性树脂基复合材料得到了广泛应用。通过向热塑性树脂中添加增强纤维，同时对树脂进行改性等技术来制备纤维增强热塑性树脂基复合材料是新材料发展的一条行之有效的捷径。由于长玻璃纤维增强复合材料比短玻璃纤维增强复合材料具有更优异的机械性能和耐高温性能，且直径较长的玻璃纤维能更好的在基体中发挥增强剂的作用。基于以上优势，本综述采用热塑性聚合材料为基体的长玻璃纤维增强复合材料为论述对象，总结了玻璃纤维的长度、含量、分散状况以及与界面的粘接能力对该种复合材料各种性能的影响。因为复合材料降解是一种不可避免的老化现象，可在广泛的环境与服役条件下发生，特别是在储存与加工的过程中，因而本综述总结了长玻璃纤维增强复合材料在热氧老化、光老化以及湿热老化这3种具有代表性的老化现象中的老化机理。同时，提出了几点具有可行性的防老化措施，旨在延长该种复合材料的服役寿命，具体方法如下所述：（1）改进聚合工艺，选择合适的聚合方法，采用优良的引发剂、催化剂并确定其合理的用量，消除聚合物中不稳定的端基，尽量减少。（2）聚合物分子结构的改性。（3）改进聚合物成型加工工艺，减少加工过程中杂质的引入量，尽量消除聚合物中的内应力，适当控制聚合物的聚集态结构。（4）采用物理方法进行防护，如使用防护蜡等。（5）在高分子材料中加入稳定剂。稳定剂主要包括抗氧剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂等。（6）采用共聚、共混、交联等物理、化学改性措施，从根本上克服导致聚合物老化的弱点。依据有力的实验手段研究长玻纤增强复合材料的老化机理以及确立相应的机理数值模型，以及运用到实际中的对高分子材料使用寿命的预测，并且能朝着新的防老化方向发展，保证了高分子材料的服役寿命与使用安全性是非常重要的，也是后续研究工作的重点。

来源出版物：塑料工业, 2013, 41(1): 18-21

入选年份：2015

硫化体系对丁腈橡胶高温力学性能的影响

赵学康，陈亚薇，乔慧君，等

摘要：丁腈橡胶在较高温度下具有优异的耐油性，但其力学性能会随着使用温度的升高而降低，致使丁腈橡胶制品在苛刻条件下的使用受到限制。对于采油螺杆泵橡胶定子、螺杆钻具橡胶定子及汽车发动机等处于高温环境下工作的橡胶件而言，要求所用橡胶件不仅要有良好的耐油性能，而且在高温下应具有良好的力学性能，但关于丁腈橡胶的高温拉伸性能的研究报道很少。硫化体系既影响硫化胶的耐热性，同时也影响硫化胶的力学性能，本工作侧重研究硫化体系对 NBR硫化胶高温下力学性能的影响，并与常温性能进行对比。采用高温拉力机测试硫化胶的力学性能（包括拉伸强度、撕裂强度），采用核磁共振交联密度测定仪测定硫化胶的交联密度，并将宏观力学性能与交联密度进行关联，在保证交联密度相近的情况下考察交联键类型对不同温度下硫化胶性能的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）观察不同硫化体系硫化的 NBR在不同温度下的拉伸断面，以揭示宏观性能与微观破坏结构的关系。从交联密度的测定结果来看，4种硫化体系硫化的 NBR的交联密度比较接近，说明力学性能的比较基本是在相近交联密度下进行的，其差异主要反映了交联键类型的影响。从力学性能测定结果可以看出，随着测试温度的升高，不同硫化体系硫化的 NBR硫化胶的拉伸强度和撕裂强度都逐渐降低，当达到一定温度时降低趋势有所减缓。4种硫化体系中DCP硫化NBR的拉伸强度降低幅度最大，EV和SEV硫化NBR的拉伸强度降低幅度较小。撕裂强度与交联密度的大小关系更密切，DCP硫化胶的高交联密度导致其撕裂强度最低。从硫化胶拉伸断面的扫描电镜照片中可以看出，炭黑在不同硫化体系硫化的 NBR中分散性相差不大，说明硫化胶拉伸断面形貌的不同主要是由交联键类型所致。常温下的拉伸断面较光滑，高温下拉伸断面较粗糙，炭黑粒子裸露在橡胶基体外，这主要是由于高温下橡胶和炭黑的相互作用减弱以及炭黑和橡胶间模量相差较大所致。不同硫化体系（CV、EV、SEV、DCP）硫化的 NBR的拉伸强度和撕裂强度都随温度的升高而逐渐下降，下降程度各不相同。其中DCP体系硫化的NBR具有较好的高温拉伸强度，EV体系最差。测试温度低于75℃时，CV硫化体系硫化胶的撕裂强度最好，SEV硫化体系的硫化胶稍差；温度超过75℃后，SEV硫化体系硫化胶的撕裂强度最好。丁腈橡胶硫化胶的常温和高温拉伸断面形态明显不同，常温断面的炭黑颗粒大部分包覆在橡胶基质中，断面比较光滑；高温断面的炭黑颗粒则大部分半裸露或全裸露出橡胶基质，表面比较粗糙。

来源出版物：合成橡胶工业, 2015, 38(1): 36-39

入选年份：2015

高抗撕裂硅橡胶复合材料的制备

李智敏，吴友平

摘要：在电子、航空工业领域中，大量结构复杂的小型零件为硅橡胶制品，要求硅橡胶具有较高的撕裂强度，因此提高硅橡胶（VMQ）的撕裂强度成为研究重点。在硅橡胶中形成集中交联结构是提高硅橡胶撕裂强度的有效途径。在撕裂过程中，集中交联结构可阻碍裂纹扩展，使撕裂强度得到较大提高。四甲基四乙烯基环四硅氧烷（V4）具有4个乙烯基且为规整的环状分子结构，可在VMQ中形成集中交联结构，因此本研究探讨了V4对气相法白炭黑增强VMQ复合材料性能的影响。材料基本配方（质量份）：VMQ 100，气相法白炭黑40，羟基硅油（变量）0～10，V4（变量）0～8，2,5-二甲基-2,5-双-（叔丁基过氧）己烷（DBPMH）0.8。材料制备过程如下：首先采用开炼机，将 VMQ、气相法白炭黑、结构化控制剂羟基硅油、V4及硫化剂DBPMH，混炼均匀得到混炼胶；然后，采用硫化仪在 170℃下测定胶料的正硫化时间（t90）；最后，采用平板硫化机硫化，得到硫化胶样品，硫化条件为170℃×t90。硫化胶的拉伸强度和撕裂强度分别按照GB/T 528—1998、GB/T 529—1999进行测试；测试撕裂强度时，记录撕裂过程中的力-位移曲线，同时用数码相机拍摄撕裂样品的撕裂形貌；邵尔 A硬度按照GB/T 531—1999进行测试；混炼胶的动态黏弹性采用美国Alpha科技有限公司生产的RPA 2000型橡胶加工分析仪，在频率为1 Hz、形变为0.3%～400.0%、温度为60℃下测定。RPA分析的结果表明，加入羟基硅油后，在小应变下混炼胶的储能模量 G′ 明显降低，Payne效应明显减弱；5份羟基硅油使白炭黑的网络结构化效应明显减弱，改善了白炭黑的分散。力学性能结果表明，加入羟基硅油后，硫化胶的硬度、300%定伸应力、拉伸强度及撕裂强度降低，扯断伸长率明显升高；综合RPA和力学性能的结果来看，羟基硅油用量 5份为宜。V4用量对 VMQ复合材料硫化特性的影响表明：随着 V4用量的增加，转矩差MH-ML减小。焦烧时间（t10）和t90延长，这主要是由于V4参与VMQ的交联过程、消耗一定量硫化剂的缘故。力学性能结果表明：随着 V4用量的增加，硬度明显提高，拉伸强度有所降低；加入V4后，硫化胶的撕裂强度明显提高，撕裂强度都在未添加V4试样撕裂强度的2倍以上。当V4用量为4份时，撕裂强度达到最大值 42.2 kN/m。同时，撕裂过程中的力-位移曲线出现转折段，裂纹扩展路径发生偏转，撕裂断面也变得不规则，这主要是由于 V4硫化时可形成集中交联结构的缘故。在白炭黑增强的 VMQ复合材料中，加入 V4后，硫化胶的撕裂强度明显提高。当 V4用量为4份时，撕裂强度达到最大值42.2 kN/m。这主要是由于 V4形成的集中交联结构使裂纹扩展路径发生偏转的缘故。

来源出版物：合成橡胶工业, 2015, 38(2): 141-144

入选年份：2015

PP-g-GMA对长玻纤增强聚丙烯复合材料性能的影响

张道海，郭建兵，张凯舟

摘要：目的：长玻纤增强热塑性复合材料与其短玻纤增强热塑性复合材料相比，具有更好的综合物性，机械强度和高温性能，更低的磨损性和更好的表面光泽，高刚度、高强度，耐热性、抗蠕变性、尺寸稳定性和使用寿命长等等，但是，纤维增强热塑性复合材料要获得更高、更优异的性能，需要提高热塑性树脂基体与纤维之间的界面结合力，从而改善基体树脂与纤维之间的相容性，获得优异的综合性能。方法：以聚丙烯（PP）为基体树脂，以玻璃纤维作为增强剂，以聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（PP-g-GMA）作为相容剂，采用熔体熔融浸渍工艺长玻纤增强聚丙烯复合材料；通过 WDW-10C型微机控制电子万能试验机测试长玻纤增强聚丙烯复合材料的拉伸强度、弯曲强度，通过ZBC-4B型Izod悬臂梁冲击试验机测试长玻纤增强聚丙烯复合材料的缺口冲击强度，通过扫描电子显微镜分析长玻纤增强聚丙烯复合材料的拉伸断裂面，分析长玻纤增强聚丙烯复合材料的基体树脂与玻璃纤维之间的界面。结果：随着PP-g-GMA含量的增加，对应的拉升强度、弯曲强度和缺口冲击强度等力学性能都呈现先升高后下降的趋势，这是由于过量PP-g-GMA的加入，不但存在于两相界面处外，而且还可能有一部分形成第三相，在共混物中形成“胶束”，在高温及剪切作用下会引起PP热降解，从而导致分子链的断裂，使其力学性能下降；PP-g-GMA/ PP/LGF复合材料的拉升强度、弯曲强度和缺口冲击强度与没有添加PP-g- GMA的PP/LGF复合材料相比都有所提高，而且PP-g-GMA的添加量在1%时，PP-g-GMA/ PP/LGF复合材料的拉升强度、弯曲强度和缺口冲击强度等力学性能提高最显著，分别提高 32.34%、27.38%和74.51%。没有加入PP-g-GMA的PP/LGF复合材料断面上有大量的玻璃纤维被拔出，且玻璃纤维表面比较光滑，这说明玻璃纤维与基体树脂 PP的结合不好；添加PP-g-GMA的PP/LGF复合材料断面上只有少量玻璃纤维被拔出，并且拔出的玻璃纤维表面被一层树脂包覆，这是由于PP/LGF复合材料中加入PP-g-GMA后，其极性的接枝单体GMA与玻璃纤维表面相互作用，形成离子键，增加基体树脂与玻璃纤维间的界面结合，从而提高了PP/LGF复合材料力学性能。结论：加入PP-g-GMA使 PP/LGF复合材料的力学性能呈先升高后降低的趋势；当PP-g-GMA加入1%时，PP/LGF复合材料的力学性能最好，拉升强度、弯曲强度和缺口冲击强度分别提高32.34%、27.38%和74.51%。通过SEM分析得出，PP-g-GMA相容剂的加入改善了PP/LGF复合材料的PP基体树脂与玻璃纤维之间的界面结合力，提高了 PP/LGF复合材料的PP基体树脂与玻璃纤维之间的界面强度。

来源出版物：塑料工业, 2013, 41(2): 37-39

入选年份：2015