连续/长纤维增强聚烯烃复合材料的界面改性研究

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界面是纤维/热塑性复合材料中极为重要的组成部分,它在其中起到应力传递的作用,可以有效地将负载从基体树脂传递到纤维中,界面黏结的优劣直接影响材料的性能。要想获得性能优良的玻璃纤维/聚烯烃复合材料必须对其界面进行改进,改善其界面黏结,从而提高复合材料的性能。本文采用衣康酸(IA)为接枝单体,通过熔融接枝制备界面改性剂——IA接枝聚乙烯(IA-g-PE)。其后采用本课题组自行设计的熔融浸渍模具,以高模量、高强度的玻璃纤维,高流动性的PE以及界面改性剂为原材料,制备连续/长玻璃纤维增强PE复合材料。采用差示扫描量热法(DSC)对IA-g-PE的熔融行为进行了分析。另外,对复合材料进行了拉伸、弯曲和冲击等力学性能的表征,采用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的断面形貌进行分析研究。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)对界面改性剂IA-g-PE的测试结果证明,单体IA已成功接枝到聚烯烃大分子链上,其后通过正交设计以及单因素多水平的实验确定IA、DCP、St含量分别为3%、0.1%、3%时,界面改性剂IA-g-PE的接枝率最高;通过界面改性剂IA-g-PE的DSC熔融曲线看出,接枝产物IA-g-PE的熔点与高密度聚乙烯(HDPE)相比向低温方向移动,接枝上的单体IA破坏了HDPE大分子链原有的规整度和对称性,使其熔点降低,进一步证明发生了明显的接枝反应。由力学性能测试结果看出,IA-g-PE作为界面改性剂,随IA和DCP含量的增加,复合材料的拉伸、弯曲及冲击性能均为先上升后下降,当IA、DCP含量分别为3%、0.1%时,材料的三种力学性能达到最大值;不饱和聚酯(UP)作为界面改性剂时,随UP、DCP含量的升高,复合材料的三种力学性能逐渐增大,当UP、DCP含量为7%和0.15%时达到最大值。通过三种界面改性剂对复合材料力学性能的比较看出,相容剂IA-g-PE与UP改进的复合材料力学性能均低于市售相容剂MAH-g-PE的,说明IA-g-PE与UP对复合材料的界面改善效果较市售的MAH-g-PE差。通过SEM观察可知,添加界面改性剂的复合材料断面形貌与未添加的存在明显差别,界面改性剂的加入改善了纤维与基体之间的界面黏结,使得被拔出的纤维表面粗糙有基体树脂附着;自制相容剂IA-g-PE的SEM结果还表明,接枝产物IA-g-PE的制备过程中存在一定的不均匀性,致使界面的改进程度存在差异。总体上,界面改性剂的加入改进了纤维与基体间差的相容性,与复合材料性能明显提高的结果相吻合。
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