虽然聚合物材料价格低廉、相对密度小、具有良好的绝缘性、耐蚀性和防水防潮性，但其仍具有强度较低、耐热性较差和机械变形大等缺点。上述缺陷的弥补和克服，一方面可采用合成新型聚合物或进行聚合物共混改性等方法实现；另一方面可以添加增强剂，形成复合材料以改进其性能。纤维增强是塑料增强改性的重要方法之一。玻璃纤维、碳纤维以及剑麻纤维等天然纤维等已被广泛用来增强聚合物材料。然而，玻璃纤维及碳纤维等纤维粗大、性脆，其增强材料在加工及使用中存在很多缺点。成型时纤维对模具的磨损严重，尤其对快速热循环注塑工艺中的高光泽度的模具磨损较为严重，影响模具使用寿命；注塑过程中纤维尺寸过大造成流动性差，在复杂注塑模具中很难分布均匀。而晶须不但能起到改性基体材料的作用，同时还对基体材料的工艺性影响较小。

六钛酸钾晶须（Potassium Titanate Whisker，简称PTW）的隧道结构使其具有优良的力学性能和热性能，广泛应用于树脂基复合材料中，可以改善聚合物的耐热性。针对快速热循环注塑工艺对材料耐热性的较高要求，六钛酸钾晶须可以改善ABS/PMMA基体的耐热性。六钛酸钾晶须的拉伸强度与模量等参数接近理想晶体材料的理论值，见表10-5。此处采用的六钛酸钾晶须来自山东省工程陶瓷重点实验室，60目。

表10-5 六钛酸钾晶须的性能

六钛酸钾晶须（PTW）在鼓风干燥箱内于120℃下干燥4h。钛酸酯偶联剂与无水乙醇按照1/1的质量比进行稀释处理。将PTW加入到高速粉碎机中，稀释后的钛酸酯偶联剂分三次缓慢加入到PTW中，偶联剂用量为PTW质量的1%。由于晶须的长径比较大，为了避免在混合过程中晶须断裂，混合时间不宜过长，混合时间一般为2～5min。混合完毕后将钛酸酯偶联剂处理的晶须置于干燥箱中干燥，除去无水乙醇。然后混合造粒，注塑获得试样。ABS/PMMA的质量比固定为80：20。

图10-30所示为未处理的晶须与经钛酸酯偶联剂处理的晶须的显微镜照片，放大倍数均为200倍。从图中可以发现，经钛酸酯偶联剂处理过的晶须分散性优于未处理的晶须。图10-30a中晶须出现了较多的团聚体，而图10-30b中晶须的分散性较好。钛酸酯偶联剂将晶须表面由亲水性改性为亲油性，同时降低了晶须表面能，使晶须表面的相互作用减小，因此，经过表面处理的晶须分散性更好。

图10-31所示为钛酸钾晶须质量分数对复合材料拉伸强度的影响。从图中可以看出，钛酸钾晶须质量分数对复合材料的拉伸强度影响不大。随着晶须质量分数的增加，复合材料的拉伸强度变化不大，晶须质量分数为5%时，复合材料的拉伸强度有小幅度的提高。图10-32所示为六钛酸钾晶须质量分数对ABS/PMMA/PTW复合材料的缺口冲击强度的影响。从图中可以看出，由于钛酸钾晶须是刚性材料，复合材料的缺口冲击强度均随着晶须质量分数的增加而减小。晶须质量分数达到5%时，复合材料的冲击强度迅速降低。晶须质量分数超过5%时，冲击强度缓慢降低。

图10-30 六钛酸钾晶须的显微镜照片

a）PTW未处理 b）PTW经钛酸酯偶联剂处理

图10-31 六钛酸钾晶须质量分数对复合材料拉伸强度的影响

图10-32 六钛酸钾晶须质量分数对复合材料冲击强度的影响(www.daowen.com)

图10-33a所示为ABS/PMMA/PTW复合材料的质量随温度的变化曲线（称为热失重曲线或TG曲线）。六钛酸钾晶须的熔融温度为1370℃，在200～500℃之间没有质量的损失，因此该温度区间内的TG曲线反映ABS/PMMA树脂基体的失重情况。从图中可以看出，随着晶须质量分数的增加，复合材料的失重曲线越来越平缓。温度达到500℃时，晶须质量分数较大的复合材料，其失重比例较小。复合材料在500℃下失重率均随着晶须质量分数的增加而减小，见表10-6。

表10-6 500℃下ABS/PMMA/PTW（ABS/PMMA为80/20）的失重率

DTG曲线是TG曲线的一次微分，其物理意义为物质的失重速率，DTG曲线到达峰值时物质的失重速率最大。图10-33b所示为ABS/PMMA/PTW复合材料的DTG曲线，从图中曲线1到曲线4，晶须质量分数分别从5%增加到40%，DTG曲线峰值的绝对值越来越小，这说明随着PTW质量分数的增加，复合材料的最大失重率有所减小。同时，随着晶须质量分数的增加，DTG曲线的峰值温度开始右移。表10-7对比了不同晶须质量分数下的复合材料失重5%时的温度T_-5%、最大失重速率时的温度T_max以及玻璃化温度T_g。六钛酸钾晶须的添加使复合材料的T_max增加，这说明六钛酸钾晶须可以改善ABS/PMMA共混物的热稳定性，晶须对复合材料的T_-5%和T_g均没有明显的影响。上述种种现象说明，PTW对于ABS/PM-MA（80/20）基体的热稳定性能具有一定的改善作用。

图10-33 ABS/PMMA/PTW复合材料的TG和DTG曲线

a）热失重（TG）曲线 b）DTG曲线

表10-7 ABS/PMMA/PTW复合材料的热性能

图10-34所示为ABS/PMMA/PTW复合材料的晶须质量分数对其熔体流动速率的影响曲线。从整体来看，晶须的加入引起了复合材料熔体流动速率的下降，其流动性变差。这主要是由于在测试温度下，晶须并不熔化，在熔体中仍然为固体，交错分布在树脂基体中，使聚合物分子链段的运动变得困难，表现为材料的黏度增大，熔体流动速率减小，复合材料的熔体流动速率降低。然而，复合材料的熔体流动速率并不是随着晶须含量的增加而单调递减，而是在晶须质量分数为20%时，有小幅度的升高，随后继续降低。晶须为针状，具有较大的长径比，在树脂流体的压力作用下，晶须容易发生取向，随着晶须质量分数的增加，沿流动方向取向的晶须越来越多，取向后的晶须充当润滑层，一定程度地减小了熔体流动阻力，因此，当晶须质量分数为20%时，熔体流动速率有小幅度的提高，黏度稍有下降。晶须质量分数继续增加时，晶须在熔体内部交错成网状，严重影响高分子链的运动，因此熔体流动速率继续下降。但由于晶须尺寸细小，对树脂聚合物黏度的影响较小。

图10-34 PTW质量分数对ABS/PMMA/PTW复合材料熔体流动速率的影响