聚丙烯的增强改性研究

增强改性的聚丙烯PP可以取代工程塑料，玻璃纤维、石棉纤维、单晶纤维、碳化硅等增强材料可以使聚丙烯强度提高，另外填充改性中的云母、滑石粉等进行较好处理后也能作为增强材料使用。玻璃纤维是聚丙烯的常用增强体，玻璃纤维增强聚丙烯(GFPP)具有强度高、尺寸稳定性好、成型时的收缩率小、耐腐蚀、成本低、易加工等优点，被广泛应用于众多领域。GFPP主要分为短玻纤增强聚丙烯(SGFPP)、长玻纤增强聚丙烯(LGFPP)和玻璃纤维毡增强聚丙烯(GMTPP)。

1. SGFPP

   SGFPP的制备工艺比较简单，通常是将短玻璃纤维按照一定配比与PP混合后直接通过挤出机挤出造粒而成，或在双螺杆挤出机熔融段特殊的开口位置，依靠螺杆转动及已熔融PP的粘着力加入连续无捻长玻璃纤维，经挤出机剪切破碎和混合塑化而成。玻璃纤维的含量由螺杆转速和加入玻纤的股数共同决定。所制备的SGFPP粒料，玻璃纤维与树脂混合均匀，但玻璃纤维长度较短，一般小于粒料粒子的长度，经过再次成型加工，制品中玻璃纤维的长度将更短，强度也远达不到设计值，但由于其制备工艺简单，成本低，至今仍是最为普遍的产品。对短切玻璃纤维增强聚丙烯的断裂韧性进行了研究，通过研究发现当玻璃纤维的体积分数大约为6％时，复合体系的缺口冲击强度达到最大值，从原来的2.5kJ·m^-2增大至大约6.5 kJ·m^-2,继续增加玻璃纤维的含量对体系的冲击强度影响不大，主要原因是随着玻璃纤维含量的增加，复合材料中玻璃纤维的平均长度逐渐减小。

2. LGFPP

   LGFPP是指在复合材料中玻璃纤维呈现单向排列，切成粒料后，纤维长度与粒料长度相同的一类复合材料，其主要应用于力学性能要求比SGFPP更高的场合，具有非常重要的应用前景，特别是近年来，随着浸渍工艺的不断改进，人们对LGFPP的研究也同渐增多。通过研究得出长玻璃纤维在基体中形成三维交叉结构，这种结构使材料骨架更加密实，提高了材料的拉伸、冲击、热变形温度等，并且玻纤三维交叉结构的形成与纤维的长度和用量有关，玻纤用量越高，纤维长度越长，越容易形成三维交叉结构。但是过高的纤维用量和长度会使纤维在加工过程中产生严重断裂，使得材料性能下降。

3. GMTPP

   GMTPP是以PP基体，以玻璃纤维毡为增强骨架的板片状结构材料。GMTPP具有韧性好、强度高、密度小，优良的耐腐蚀性、废料可重复利用以及可长期存放等优点。GMTPP的制造工艺主要有干法和湿法两种方法。干法又叫热层合法，是将玻璃纤维毡夹在PP塑料层之间，在高于塑料熔点的温度下加压结合，冷却后切成不同规格的片材。湿法则是利用造纸原理，将短切玻璃纤维原丝与塑料粉末在水中混合，形成浆料，通过筛网成型机成型为毡状，脱水烘干后经热压熔结，冷却后切割成为所需片材。

PP是非极性树脂，玻璃纤维是极性的，并且表面光滑，所以在复合时的界面粘接强度很小，这就大大影响了复合材料的性能，因此要对玻璃纤维进行表面改性，也可以对PP进行必要的化学改性，两种方法使PP与玻璃纤维表面产生一定程度的交联或化学作用，大大提高玻璃纤维的增强效果。常见工艺方法如下：

1. 采用含羧基的化合物改性PP，并用含氨基的硅烷偶联剂来处理玻璃纤维，使玻璃纤维增强PP复合材料的力学性能得到极大提高。

2. 采用含有双键的乙烯基-三乙氧基硅氧烷和正丙烯-三甲氧基硅氧烷以及各种相容剂对玻璃纤维进行了表面处理，使玻璃纤维增强PP复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度得到了大幅度的提高。

3. 采用接枝工艺对玻璃纤维的表面进行处理：①采用界面缩聚的方法处理玻璃纤维的表面；②玻璃纤维表面经含有过氧键硅烷偶联剂处理，再用缩聚的方法处理。两种方法都可以得到柔性界面层。

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