理论教育 微孔注射成型用的典型有机纤维介绍

微孔注射成型用的典型有机纤维介绍

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:下面讨论适用于微孔注射成型的典型有机纤维。木纤维增强塑料目前用于大件建筑制品,如塑料木材。保留了本体纤维性质的最小粘着单体称为微晶。最佳化学发泡剂用量随着木纤维用量的变化而变化。Kevlar29和Kevlar49的纤维比E玻璃纤维的拉伸强度高15%。此外,聚芳香酰胺纤维的模量是E玻璃纤维的2倍。

微孔注射成型用的典型有机纤维介绍

塑料行业中有机纤维并不是新材料,但其应用不如无机纤维广泛,其功能可能被越来越多需要考虑环保问题的应用所开发。下面讨论适用于微孔注射成型的典型有机纤维。

1.木质纤维素纤维

木质纤维素是在复合材料中开发的一种新型有机、天然纤维,满足绿色产品的要求,是一种天然木纤维产品,使用这种增强材料的微孔注塑件在特殊家居产品行业有一定的市场。木纤维增强塑料目前用于大件建筑制品,如塑料木材。由于木纤维的热稳定性受到限制,因此其只能用于熔融温度低于200℃的热塑性塑料[40]

最为常见的木纤维很短,体积密度高,能自由流动。成本低、为人们所熟知和易于得到也是很多人在塑料制品中使用木纤维的原因所在[39,41,42]。例如,硬质木纤维(Lignocel 150~500HBW)的粒径为150~500μm。

保留了本体纤维性质的最小粘着单体称为微晶。将微晶加到液体树脂中后产生触变体系,因此可用于调控黏度[1]

黄麻纤维、纱和织物等都已用来增强酚醛复合材料,但强度低。人造丝可以用作短纤维和纱,其耐冲击性是纤维长度的函数。

Bledzki和Faruk[43]公开了PP/木纤维复合材料的微孔注射成型结果。他们采用硬质木纤维(Lignocel 150~500HBW)和熔体流动速率为10.5g/10min的PP以及三种不同的化学发泡剂——放热型(Hydrocero l530)、吸热型(Hydrocerol BIH20E)和吸热/放热混合型(Hydrocerol AB40E)进行实验。相对于木纤维的用量,偶联剂马来酸酐接枝聚丙烯共聚物(MAH-PP)的用量为5%(质量分数)。注射之前再将预先干燥过的木纤维与其他材料混合。成型温度为150~180℃,模具温度为80~100℃,注射压力在20kN/mm2以下。他们发现,在注射成型中不同化学发泡剂对硬质PP/木纤维复合材料的微孔结构有很大影响。2%(质量分数)的放热型发泡剂产生细小的泡孔。最佳化学发泡剂用量随着木纤维用量的变化而变化。有趣的是与未发泡复合材料相比,微孔成型复合材料的表面更光滑,表面韧性几乎降低了70%。此外,得益于微孔发泡,木纤维增强复合材料的气味也淡了。(www.daowen.com)

Yoon等人[44]研究了用N2作发泡剂注射成型木纤维/PE-HD复合材料的可行性。木纤维(2020美国木纤维)在PE-HD(SCLAIR 2710,Nova化学公司,熔体流动速率为17g/10min)中的用量为50%(质量分数)。添加3%(质量分数)的马来酸接枝PE-HD(MB265D,杜邦公司)改善木纤维和PE-HD基材之间的界面性能。注射时机筒温度为170℃,N2输送压力为19.3MPa。DOE收缩结果表明,减重幅度、模具温度和气体用量是这种PE-HD木塑复合材料微孔泡沫的重要影响因素。此外,实验结果表明,收缩率随着减重幅度、气体用量的增加而提高。另外,翘曲与模具温度和注射速度有关。木纤维/PE-HD复合材料的翘曲随着模具温度的升高和注射速度的提高而加重。屈服强度和弹性模量与减重有很大关系,两者都随着泡沫质量的减轻而降低。但与PE-HD相比,木纤维/发泡PE-HD复合材料具有优异的尺寸稳定性和力学性能,收缩率下降68%,翘曲下降91%,弹性模量提高28%,成本降低40%[43]

2.合成有机纤维

芳香族聚酰胺纤维或聚芳香酰胺(如Kevlar等)制备的复合材料具有优异的力学性能和耐热性[1]。杜邦公司将其所有的芳香尼龙都统称为聚芳香酰胺(aramids)。已经上市的Kevlar聚芳香酰胺有三种:一种是高拉伸强度、高模量类,用于塑料增强,如Kevlar29和Kevlar49。另外两种用于缆绳、电缆橡胶增强材料。Kevlar29和Kevlar49的纤维比E玻璃纤维的拉伸强度高15%。此外,聚芳香酰胺纤维的模量是E玻璃纤维的2倍。聚芳香酰胺纤维的热稳定性也很好。因此,聚酰胺纤维复合材料具有优异的尺寸稳定性。除强酸、强碱外,聚芳香酰胺纤维耐大多数化学品,其主要缺点是吸湿性高(建议预干燥),压缩强度低,难以机械加工[1]

聚酯纤维(Dacron、Fortrel、Kodel等)能增强热塑性和热固性树脂。增强的结晶性热塑性塑料有很高的比强度,因为聚酯纤维起到了结晶成核剂的作用[1],其在微孔成型中的异相成核作用与其在结晶时的作用一样。

3.碳纤维

碳纤维于1880年首次商业化[1],真正织物形式的碳纤维是1954年商业化的,高模量石墨纱是1965年推出的。极细纤维的处理方法与玻璃纤维相同。用Teflon材料填充的碳纤维增强PC复合材料形态结构复杂。将试样切开,用扫描电镜观察,如图3-10所示,泡孔结构优异,平均泡孔尺寸为15μm,泡孔周围的白色圆圈是Teflon。

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