• 2025-12-29 20:07

BMC模塑料及其成型技术-玻璃纤维的选择

    不饱和聚酯树脂模塑料所试用的玻璃纤维有短切散丝、无捻粗纱以及短切纤维毡三种BMC模塑料一般所用的玻璃纤维丝束长度3~25mm,直径为9~13μm,线密度是在35~306tex(Itex=10-6kg/m下同)可变范围内的短切散丝;无捻粗纱也可以以制造BMC,但仅用于要求纤维长度大的场合。
      用于BMC的无捻粗纱假40/20-4114,40/40-4114和40/20-聚乙酸乙烯型,单丝直径为8μm。无捻粗纱的拉伸强度约为2kpa,弹性量为70GPa.当无捻粗纱制备BMC时,在强力撕松和捏合过程中,纤维较易产生离析,从而对强度产生较明显的影响。所以在预混合法中一般不采用,如果需要使用,则应使用具有高集束性的粗纱品种。
      用于BMC的短切纤维,是用无捻粗纱或圈状毛纱短切后而制成的。也可以在制备BMC时现场进行短切。短切纤维的长度一般为3~10mm,主要用于BMC模塑料的增强。
   加捻纱也适用于配置要求较高的BMC模塑料的增强。所用的型号有:80/5-4114,80/5-据乙酸乙烯酯,80/5-石蜡乳剂型等,但成本较高。
   2.1.6.2玻璃纤维的表面处理及处理原则
   (1)玻璃纤维的表面处理为适应拉丝、纺织及不同的使用要求,玻璃纤维表面都涂有一层侵润剂。侵润剂按其实用功能可分为两种类型,一种时纺织型侵润剂,一种是强化型侵润剂。纺织型侵润剂是由淀粉糊/乳化植物油系统组成,其作用时保护原纱,使之在加捻、并股、织造过程中不受机械损伤。这种类型的侵润剂是和聚酯树脂、环氧树脂等不相容的。因此,在使用时应部分或全部除去,而后还往往需用偶联剂处理。强化型侵润剂时以聚醋酸乙烯酯为主并加入偶联剂及其他添加剂组成,视其中偶联剂组分的不同,可分别与聚酯、环氧酚醛等树脂相亲和,因此,在应用时不必先行除去。
    玻璃纤维的表面处理方法一般分为热处理和表面化学处理法。热处理时脱去纤维表苗含有的纺织型侵润剂如石蜡乳剂等,处理条件一般为340~350℃/(10~15)min,纤维的残油量控制在0.3%以下。纤维采用处理脱蜡后,若处理条件得当,一般能提高模塑制品的力学性能。
(2)表面处理剂表面处理剂,又称偶联剂,时一类在分子中既有能与无机分子起物理或化学作用的基团,又有能与聚合物分子起物理或化学作用的基团化合物。由于它同时能与无机物和聚合物起作用,故可以在无机材料与高分子材料的界面上塔起“分子桥”,使二者紧密地结合,达到迁移时增强的目的。在模塑料成型时,偶联剂主要是用来改善粉末填料或增强材料与树脂的结合,提高制品的强度和使用寿命,并改善其加工性能与耐水性。在BMC模塑料中,玻璃纤维表面化学处理剂的加入,往往还能改进莫塑制品的综合性能。
      常用的玻璃纤维表面处理剂有沃蓝、A-151 KH-550 和K-570等,如表2-7所列。当用迁移法时,表面处理剂用量为纯树脂质量的1%左右。目前,在大多数情况下,玻璃纤维的表面处理剂往往配成强化型侵润剂,在纤维拉丝过程中就一施加到其表面上。


 

 

[-page-]

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 2.1.6.3不同规格的纤维对制品力学性能的影响
(1)短切纱的长度除了以上两种不同的侵润剂对制品强度会产生重要的影响以外,纤维的短切长度时另一个重要影响因素,一般短切纤维长度为3~25mm。对于BMC模塑料来说,纤维的长度、侵润剂的类型以及混料时间等都对其强度会产生影响。

 


  

 

 

 

 

  

 

[-page-]

 

 

 

 

    当纤维长度在3~6mm范围时,一般BMC制品的拉伸强度都随长度的增加而增大。但当纤维长度增大到13mm时其力学性能反而下降。这是因为较长的玻璃纤维在工字形绞刀混料机内混合时更易被挤碎。图2-4、图2-5分别为不容性及可溶性两种纤维的长度对BMC与SMC制品拉伸度与冲击强度的影响。
     表2-8时玻璃纤维含量为31%时,使用不同玻璃纤维长度的BMC模塑料的机械强度。


 

 

 

(2)纤维直径与纱股线密度对于不容性玻璃纤维制品其纱股的线密度对BMC也有一定的影响。对于可溶性玻璃纤维纱股线密度影响也是明显的。纤维直径在10~30μm内变化对制品性能影响不大。图2-6显示拉伸强度有随纱股线密度增加而下降的趋势。冲击强度则随线密度的上升而增大。
(3)玻璃纤维用于模塑料生产中时,在工艺上要注意以下问题。
⑴玻璃纤维含量要稳定玻璃纤维含量的波动将影响制品力学性能波动,图2-7所示为SMC与BMC制品的拉伸强度随玻璃纤维含量变化的情况。冲击强度的变化也与之相似。


  

 

 

 

  BMC玻璃纤维含量一般为20%-40%,低于20%时,很难控制玻璃纤维的分布,制品性能不稳定。高于40%时,难于浸透纤维;如用低粘度的树脂混合料,在制造与贮存中又有困难。BMC的玻璃纤维含量一般都不超过25%,高于25%不能再增加强度,提高增强材料的含量,可以改善力学性能,但纤维含量过大也将给成型加工带来不便[-page-] 
 ⑵玻璃纤维纱股在短切时要有良好的分散性分散不良时,纤维束保持高集束态,使树脂混合料难于渗入纤维束,严重时还会使制品产生气孔。
⑶玻璃纤维要去除静电带静电的纤维裁切时会堵塞切口,并黏在聚氨酯托辊上,而且会使短纤维毛飞扬而落在短切机上,后成为纤维团而落在传送带上,造成难于湿透的白料团。为了克服纤维切割时产生静电,可以在浸润剂中添加防静电剂,在切刀下装除静电器以及用控制空气湿度等办法来解决。
      玻璃纤维在投入使用之前要严格检质量,主要检查其浸润剂类型及被覆量、静电、分散性及线密度等
a.浸润剂类型及被覆量从观察丙酮可苯取性可以鉴别纤维上浸润剂在树脂苯乙烯溶液中的可溶性,可用索格利特 丙酮苯取法来检验其浓度。浸润剂被覆量可用马福炉在600~700℃下烧去被覆物后来计算样品的失重。
b.线密度用标准的测长仪取样后称量再计算。
c.分散性可用一个短切器或直接取样,分别对不同集束度的啥束进行计数,并做出频率分布图进行判断。例如

2400tcx的无捻粗纱短切后应分散为76tcx的丝束,取得50根试样,做出频率分布图(见图2-8所示)从图中看出其分布情况。


 

 

 

 

 

 

 

 2.1.6.4玻璃纤维的类型及其组成
 (1)玻璃纤维的类型许多不同成分的玻璃都可拉制成纤维,按其使用特性,可分为以下几种类型:
   无碱玻璃纤维-E
   高强玻璃纤维-S
   耐化学玻璃纤维-C
   含碱玻璃纤维-A
   高弹玻璃纤维-M.
它们的组成列于表2-9中。


 

 

(2)玻璃纤维的性能玻璃纤维作为增强材料与其他常见材料相比,有以下主要优点。
 1拉伸强度与弹性模量高
2、拉伸率小,尺寸稳定性好,无蠕变现象。[-page-]
3、不着火,耐温达550℃。
4、耐微生物侵蚀,耐各种化学试剂和溶剂腐蚀,耐侯性好。
5、不吸潮,电性能好。
6、应用形式广泛。
玻璃纤维的主要性能列于表2-10中。


 

 

 

 

 

 

 

 

(3)高硅氧纤维 高硅氧纤维是指用沥取法生产的含二氧化硅达96%以上的高纯度玻璃纤维,具有良好的耐烧蚀性能。模塑成型用高硅氧纤维多用80/5和66/7有捻粗纱。在要求不高的场合下,也可使用无捻纱。高硅氧纤维具有良好的切割性能,有较高的吸收树脂的能力,以其为增强材料制得的模塑制品的强度较高,因而应用比较广泛。当二氧化硅含量高99.95%时,就属于石英纤维的范畴。一般石英纤维用高纯度天然石英拉制,用于模压成型时,石英纤维工艺性稍差。
2.1.6.5其他纤维
    碳纤维由于价格昂贵,所以用碳纤维来配置模塑料目前还未能大量的推广运用。从力学性能来看,碳纤维的弹性模量和比弹性模量分别是玻璃纤维的2倍和2.5倍,以其为增强材料所制得的模塑制品的强度则与玻璃纤维的相当,而耐冲击性则较差。通过碳纤维与玻璃纤维的复合使用,可弥补其刚性的不足。近期的应用领域主要有飞机座位、控制曲柄、导弹构架、驾车板簧、门梁、排障器以及体育用品等。
     使用石棉纤维,可提高模塑制品的耐热耐酸、耐腐蚀性能,并能改善模塑料的成型工艺性和制品的外观质量。
     用纺纶纤维增强材料配置模塑料时,与所用玻璃纤维相比,前者仅需要较低的纤维含量便可获得同等的力学性能和电气性能,而耐摩擦性能则可提高数百倍,但成型收缩率大。
    用聚酯纤维配置的模塑料可改善制品的冲击性,但强度和模量会降低。
    用维尼纶纤维和聚丙烯纤维制得的模塑料,相对密度小,弹性模量小,断裂延伸率大,但如与玻璃纤维混用则往往能改善物料的成型流动性、制品的耐冲击性和抗震性。