Технические решения для промышленности
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 54

18 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 54

В этой части рассмотрим влияние стеклянного волокна на свойства композита полипропилен-стекловолокно, при этом выводы применимы и к похожему по структуре композиту полипропилен-карбон-базальтовое волокно. При экструдировании армированных термопластов и литье под давлением длина стекловолокон уменьшается до нескольких сотен микрон. Тем не менее начальная длина нарезанного волокна не влияет на конечные свойства композита. В ряде исследований в качестве матрицы смолы использовался гомополипропилен Profax 6523. Армирование представляло собой К-волокно длиной 0,3, 0,45 и 0,6 см. В сводных таблицах была представлена средняя длина волокна и соответствующие механические свойства после экструзионного компаундирования и литья под давлением. Не будем утомлять читателя сотнями табличных значений, скажем лишь, что данные подтверждают сделанный выше вывод. Средняя длина стекловолокна уменьшается всего лишь на 0,018 мм в процессе литья под давлением.

В полипропилен также были включены стеклянные волокна трех различных входных длин: 3,2, 4,5 и 6,4 мм. Окончательная средняя длина значения уже не имела ввиду микроскопических изменений размеров. Истирание стекловолокна во время экструзии и литья под давлением будет обсуждаться далее, здесь же заметим, что изначальная длина действительно влияет на многослойные материалы из полипропилена, армированного стекловолокном, прессованного формованием (GMT). Были исследованы материалы длиной 0,1, 0,8, 3, 4,5, 6 и 12 мм. Прочность на растяжение и изгиб увеличивается при очень короткой длине волокна, а затем выравнивается при длине более 3 мм. Ударная вязкость по Шарпи также увеличивается с длиной резки до 6 мм. При очень короткой длине волокна ударная вязкость приближается к прочности чистого полипропилена. Это ясно указывает на то, что когда длина волокна короче критической длины, стекловолокно не оказывает сильного армирующего эффекта. Также в композитной промышленности обычно известно, что меньший диаметр стекловолокна улучшает прочность композита. Изменение свойств зависит от основной смолы, в данном случае полипропиленовой. В недавних исследованиях было проанализировано коммерчески доступное стекло 968 PP диаметром 10, 11, 12,5, 13,3, 14 и 16 мкм. Изделия были приготовлены в соотношении 10, 20 и 30% по весу.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 54

По результатам исследований оказалось, что прочность на разрыв и ударная вязкость по Изоду без надреза и деформация растяжения стеклопластика снижается с увеличением диаметра волокна при всех трех значениях содержания стекла. Ударная вязкость по Изоду с надрезом также уменьшается с увеличением диаметра волокна при 30% содержания стекла. При содержании стекла 10 и 20% диаметр волокна незначительно влияет на ударную вязкость по Изоду с надрезом. Небольшое улучшение селективных механических свойств иногда не может компенсировать более высокую стоимость стекловолокна меньшего диаметра, поэтому более важным для формовщиков является повышенная вязкость расплава, связанная с меньшим диаметром волокна. При содержании стекла 20% расход расплава снижается с 1,9 до 1,35 г / 10 мин. Из испытаний можно сделать вывод, что предел прочности на разрыв и модуль упругости GFRP увеличиваются с увеличением содержания стекла. Ударная вязкость по Изоду с надрезом увеличивается с увеличением содержания стекла и достигает пика на уровне 20 или 30% в зависимости от диаметра волокна. Ударная вязкость по Изоду без надреза уменьшается с увеличением количества стекловолокна в композитах.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 54

Исследователи из Ferro Corporation опубликовали более подробное исследование. Текучесть расплава уменьшается с увеличением количества стекловолокна от 0 до 40% как в гомо-, так и в сополимерном полипропилене. Прочность на растяжение / изгиб и значения модуля упругости / касательного растяжения линейно возрастают с увеличением содержания стекла. Максимальная ударная вязкость по Изоду с ручным и инструментальным надрезом достигается при содержании армирующего компонента 30%. Метод анализа по Изоду без надреза нечувствителен к содержанию стекла. Также сообщалось о снижении вязкости расплава и распределения волокон по длине с увеличением концентрации стекловолокна и о более высокой ударной вязкости по сравнению с содержанием стекла в образцах с T- и L-образным надрезом. Это способствует тому, что растрескивание волокна, в основном из-за процесса отслаивания и отрыва волокна, увеличивается с увеличением содержания стекла. Для соединения стекловолокна с полипропиленом требуется больший крутящий момент при перемешивании, чем для чистой смолы из-за более высокой вязкости смолы с наполнителем. При использовании всего лишь 10% стекловолокна начальный крутящий момент увеличивается с 10 до 20 Нм. Крутящий момент быстро уменьшается в первые несколько минут перемешивания, что указывает на разрыв волокна. При содержании стекла 10 и 25% крутящий момент стабилизируется после 5 мин перемешивания, но для содержания стекла 40 и 60 % по массе крутящий момент продолжает уменьшаться со временем.

Это происходит потому, что более высокое содержание стекла приводит к более высокой температуре плавления. Термическое разложение полипропилена и / или клея постепенно удаляется с волокон, обеспечивая внутреннюю смазку. Вязкость соединения увеличивается с любым количеством стекловолокна. Разница больше при низкой скорости сдвига и уменьшается при более высокой скорости сдвига. Падение давления в форме также увеличивается с увеличением содержания стекла. У армированного стекловолокном полипропиленового мата (GMT) прочность на разрыв и ударная вязкость по Шарпи с надрезом линейно увеличиваются с содержанием стекла до 60% по весу. Добавление стекловолокна значительно снижает напряжение до отказа образца. Более высокое содержание волокна приводит к более высокой концентрации мест возникновения разрушения и, следовательно, к более низкой деформации растяжения. Аналогичным образом прочность на изгиб также линейно увеличивается с увеличением содержания стекла до 25%. Предел прочности на изгиб между 25 и 30% содержания волокна резко возрастает. Прочность на изгиб при содержании волокна 60% фактически ниже, чем при 50%, из-за высокого содержания пустот. Чтобы получить максимальные армирующие свойства стекловолокна в полипропиленовых композитах, смолу необходимо модифицировать связующими агентами. Технология химического связующего агента из полипропилена уже подробно обсуждалась ранее. Составители смесей могут приобретать коммерчески доступные связующие вещества и смешивать их в небольших количествах (1–10%) с полипропиленом во время экструзии со стекловолокном.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 54

Многие производители полипропиленовых смесей также разрабатывают собственные патентованные технологии соединения. В этом случае добавка, пероксид, акриловая кислота или малеиновый ангидрид добавляются в секции подачи и смешивания экструдера перед введением стекловолокна в расплав. Реакционная экструзия связанного полипропилена со стеклянными волокнами также была рассмотрена ранее. Даже в этом случае стеклянные волокна сильно повреждаются в экструдере. В отличие от исходной входной длины, существует распределение длины волокна в компаунде или композите. Распределение длины волокна (FLD) зависит от многих факторов в процессе и, в конце концов, от методов измерения. При длине 0,012 мм и диаметре 13,3 мкм общее количество стекловолокон в одной грануле 0,31 см с 10 % по массе стекловолокна составляет около 7000 отдельных волокон. Количество волокон, измеренных вручную для получения FLD, составляет около 200–500. Используя анализ изображений, можно измерить до 3000 волокон за разумное время. Высокотемпературное озоление – это самый простой метод извлечения фрагментов стекловолокна, но он делает стекловолокно очень хрупким и подверженным дальнейшему повреждению во время обращения. Использование растворителя для растворения органического полимера очень утомительно, и процесс низкотемпературного плазменного окисления является в этом случае предпочтительным методом. Смесь метилтриметоксисилана с Cat-X при pH 4 обеспечивает хорошую дисперсию для измерения длины волокна.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 54

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад