長玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的研究進(jìn)展

安峻瑩，孟征，蘇昱

長玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的研究進(jìn)展

安峻瑩1，2，孟征1，2，蘇昱1，2

（1.北京航天試驗技術(shù)研究所，北京 100074； 2.北京航天凱恩化工科技有限公司，北京 100074）

綜述了長玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料（LGFPP）力學(xué)性能的研究進(jìn)展，包括玻纖含量、玻纖和聚丙烯樹脂基體間的界面結(jié)合狀態(tài)以及加工工藝等因素對LGFPP力學(xué)性能的影響，并對LGFPP的研究趨勢進(jìn)行了展望。

長玻纖增強(qiáng)聚丙烯；界面結(jié)合；加工；力學(xué)性能

近年來，汽車輕量化的相關(guān)研究日益劇增，長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（LFRT）越來越受到國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和工商界的重視，并重點研究開發(fā)［1］。LFRT就是通過利用例如電纜包覆、在線擠出等方法，和聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）等樹脂復(fù)合，用長纖維代替原來的短纖維，得到復(fù)合材料粒料或者板材，再通過注射或模壓的工藝生產(chǎn)出力學(xué)性能更高的結(jié)構(gòu)件，例如汽車前端模塊、保險杠、儀表盤等［2-4］。在這些材料中，長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料（LGFPP）是應(yīng)用范圍最為廣泛、市場增長最快的品種，與短玻纖增強(qiáng)PP材料相比，LGFPP的最大優(yōu)勢在于可以在其成型階段較好地保留其玻纖的長度，使制得的塑料制品同時具有高模量和高沖擊強(qiáng)度，而且尺寸穩(wěn)定性、抗蠕變性、耐疲勞性等性能更優(yōu)［5-6］。

對于LGFPP，玻纖的含量、玻纖與PP樹脂基體間的界面結(jié)合狀態(tài)以及材料在加工過程的工藝等因素都對復(fù)合材料的力學(xué)性能高低有很大影響。研究這些因素的影響、總結(jié)規(guī)律，對得到高性能的LGFPP制品有很重要的指導(dǎo)意義。

1　玻纖含量對LGFPP力學(xué)性能的影響

纖維的長度是決定纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品性能的重要因素，LGFPP中玻纖的長度在7～10 mm，為使玻纖在材料中起到很好的骨架作用，玻纖的長度一定要大于臨界長度，當(dāng)玻纖長度小于臨界長度時，復(fù)合材料受到載荷時，玻纖很容易被拔出，無法發(fā)揮其作用。

在一定范圍內(nèi)，長玻纖的含量越高，其作為骨架也就越牢固，復(fù)合材料的力學(xué)性能就越高；當(dāng)含量過高時，玻纖相互作用增加，纖維的斷裂程度增加，同時含量過高也會使部分纖維得不到充分浸潤，和PP樹脂基體結(jié)合力變差，成為裂紋增長點，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能下降［7-8］。

何建明等［9］通過單螺桿擠出機(jī)擠出成型制備了LGFPP復(fù)合材料，測試分析了不同玻纖含量復(fù)合材料的力學(xué)性能。結(jié)果表明，隨著玻纖含量的增加，LGFPP的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，拉伸強(qiáng)度在玻纖含量為36.27%時達(dá)到最大值97.14 MPa；斷裂伸長率在玻纖含量為26.33%時達(dá)到最大值2.45%。隨著玻纖含量的增加，LGFPP的彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量和缺口沖擊強(qiáng)度增加，較為合適的玻纖添加量是30%左右，此時LGFPP的剛性和韌性相對來說較為均衡，綜合性能優(yōu)良。

張志堅等［10］通過熔融浸漬工藝制備了LGFPP，用力學(xué)性能測試等方法研究了玻纖含量對LGFPP性能的影響。結(jié)果表明，在低玻纖含量下，隨著玻纖含量的增加，LGFPP的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度提高，當(dāng)玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時，LGFPP的力學(xué)性能最優(yōu)，拉伸強(qiáng)度達(dá)158.7 MPa，是純PP的5.7倍，缺口沖擊強(qiáng)度為52.6 kJ/m2，是純PP的10.7倍。繼續(xù)增加玻纖含量，材料的力學(xué)性能下降。馬旭輝等［11］利用自制的熔體浸漬裝置制備了LGFPP，考察玻纖用量對LGFPP力學(xué)性能的影響，也得到同樣結(jié)論：隨著玻纖的用量的增加，LGFPP的力學(xué)性能先增大后減小，當(dāng)玻纖用量為50%時，復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳。

胡帥領(lǐng)等［12］利用韌性優(yōu)良的共聚PP作為基體，制備了高性能LGFPP復(fù)合材料，探討了玻纖含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。研究表明，隨玻纖含量增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和模量大幅度增加，缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率有所降低，但材料韌性仍保持較高水平。

陳生超等［13］制備了不同玻纖含量的LGFPP注塑試樣，研究了玻纖含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著玻纖含量的增加，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了顯著改善，特別是玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到20%時，力學(xué)性能提高最為明顯，拉伸強(qiáng)度提高了2.4倍，彎曲強(qiáng)度提高了2.3倍，沖擊強(qiáng)度提高了4.4倍，這主要是因為玻纖含量較低時，玻纖在制品中分散較均勻，能起到最好的增強(qiáng)效果，而隨著玻纖含量的增加，玻纖斷裂加劇，玻纖在制品內(nèi)部開始出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象，所以對力學(xué)性能的改善就不明顯。

段召華等［14］使用自制的熔體浸漬包覆長玻纖裝置，制備了LGFPP，研究了玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對LGFPP力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度隨著玻纖含量的增加而不斷增大，在玻纖含量為30%左右達(dá)到最大值，之后，隨著玻纖含量繼續(xù)增加，LGFPP的力學(xué)性能反而下降。原因是在玻纖含量小于30%時，纖維斷裂不嚴(yán)重，隨著玻纖含量增加，玻纖長度大于臨界值的數(shù)量增加，樹脂基體和纖維的接觸面積增大，纖維拔出消耗能量變大，力學(xué)性能增大；在玻纖含量大于30%時，玻纖在加工過程中斷裂加劇，熔體流動性減小，成型工藝變差，玻纖分散不均，浸漬效果變差，所以力學(xué)性能下降。

2　玻纖和PP基體間界面結(jié)合對LGFPP力學(xué)性能的影響

作為結(jié)構(gòu)材料，LGFPP中玻纖與PP樹脂基體的物理、化學(xué)和力學(xué)性能相差較大，要想讓兩者作為一個整體發(fā)揮其最佳性能，玻纖與PP樹脂基體這兩相之間必須要形成有效的界面結(jié)合。因為PP是非極性有機(jī)材料，不存在活性基團(tuán)，玻纖是極性無機(jī)材料，兩種物質(zhì)結(jié)合時界面的作用力差，所以，為了有效提升LGFPP復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能，改善玻纖與PP樹脂基體之間的界面粘結(jié)狀況顯得尤為重要［15，16］。

玻纖與PP樹脂基體的粘結(jié)方式主要有兩種：（1）物理結(jié)合。玻纖表面與樹脂基體的相容性直接影響其結(jié)合的強(qiáng)弱。（2）化學(xué)鍵結(jié)合。在玻纖表面引入過氧化物或者在樹脂基體中引入功能化PP活化點，與玻纖表面的偶聯(lián)劑形成化學(xué)鍵，可使界面結(jié)合的強(qiáng)度增大。目前，界面改性能夠有效地改善復(fù)合材料界面性能，包括基體樹脂的改性和玻纖的表面處理。

2.1PP樹脂基體的改性

向PP基體中引入功能化PP是PP樹脂基體改性的一種，例如PP接枝處理，為基體提供富含活性的極性基團(tuán)從而與玻纖表面的偶聯(lián)劑形成化學(xué)鍵，提高界面強(qiáng)度，得到力學(xué)性能優(yōu)良的LGFPP復(fù)合材料。

張道海等［17］自制了甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝PP（PP-g-GMA）作為相容劑，利用自行開發(fā)研制的拉擠浸漬設(shè)備制備了LGFPP粒料，研究了PP-g-GMA含量對LGFPP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，PP-g-GMA的加入使得LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能先升高后降低，當(dāng)PP-GMA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度分別提高32.34%，27.38%和74.51%。

朱春龍等［18］采用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒的方式，研究了馬來酸酐接枝PP （PP-g-MAH）用量等因素對LGFPP復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，隨著PP-g-MAH用量增加，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能呈先增大后減小的趨勢，材料斷面呈韌性斷裂，當(dāng)GF，PP，PP-g-MAH，其他助劑的質(zhì)量比是50/46/3/1時，LGFPP復(fù)合材料的性能最優(yōu)。這是由于加入相容劑PP-g-MAH后，酸酐被引到PP大分子鏈上，在成型過程中，酸酐與玻纖表面的硅羥基發(fā)生界面化學(xué)反應(yīng)，樹脂基體與玻纖之間發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，界面粘結(jié)強(qiáng)度變大，材料力學(xué)性能上升；相容劑加入過量，酸酐從飽和到過剩，反應(yīng)活性點不繼續(xù)增加，兩相界面的粘結(jié)強(qiáng)度不再增大，PP-g-MAH在加工過程易聚集，反過來影響了材料的力學(xué)性能。

段召華等［14］采用自行研制的熔體浸漬包覆長玻纖裝置，得到LGFPP。研究結(jié)果表明，PP-g-MAH相容劑的加入增強(qiáng)了界面粘結(jié)強(qiáng)度，有利于玻纖長度的保留，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能得到提高，當(dāng)PP-g-MAH的添加量為3%左右時，LGFPP復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最好，沖擊強(qiáng)度為10 kJ/m2，拉伸強(qiáng)度為100 MPa。PP-g-MAH上的馬來酸酐基團(tuán)和玻纖表面的硅羥基作用，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使得PP樹脂基體和玻纖緊密結(jié)合，提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。

張彥慶［19］采用雙螺桿擠出機(jī)一步成型的工藝方法，得到了一種LGFPP。研究了界面相容劑等對LGFPP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果顯示，加入兩種界面相容劑PP-g-MAH，PE-g-MAH后LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能都有所提高，但是PP-g-MAH傾向于增大材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，PE-g-MAH則傾向于增加材料的沖擊強(qiáng)度；兩種相容劑復(fù)合使用的增強(qiáng)效果比單獨使用要好，當(dāng)PP-g-MAH/PE-g-MAH=75/25時，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能最好，彎曲強(qiáng)度為147.21 MPa，拉伸強(qiáng)度為75.44 MPa，缺口沖擊強(qiáng)度為48.66 kJ/m2。

Fu Xiang等［20］采用自行設(shè)計的玻纖增強(qiáng)PP浸漬裝置制備了LGFPP復(fù)合材料，研究了PP-g-MAH，PP-g-POE，POE三種相容劑對LGFPP復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，POE的添加降低了材料的拉伸性能，PP-g-MAH和POE-g-MAH都增強(qiáng)了玻纖與PP基體的界面結(jié)合。改性效果依次為：PP-g-MAH＞PP-g-POE＞POE。

有些PP的熔體流動速率（MFR）較低，流動性不佳，較高的熔體黏度使得其與玻纖的浸漬變得十分困難，為了獲得良好的浸漬效果，就需要對PP樹脂基體進(jìn)行降黏處理。通過加入有機(jī)過氧化物，使其與PP樹脂發(fā)生化學(xué)降解作用，通過化學(xué)降解法的改性處理，得到熔體黏度低、流動性能好的PP熔體。孫立坤［21］通過自主設(shè)計的熔融浸漬模具制備了LGFPP復(fù)合材料，加入有機(jī)過氧化物DCP對PP化學(xué)降解改性。研究結(jié)果表明，有機(jī)過氧化物DCP的加入量與PP的MFR呈線性關(guān)系，DCP加入量越大，PP的MFR越大，但LGFPP的力學(xué)性能卻出現(xiàn)下降。當(dāng)DCP加入量0.1%時，PP的MFR達(dá)到35 g/min，浸漬效果好，復(fù)合材料的力學(xué)性能也較佳。這是由于隨著DCP用量的增加，PP的歧化降解反應(yīng)越加劇烈，小分子比例增加，雖然這對PP的MFR提升和浸漬過程有很大幫助，但由于降解反應(yīng)導(dǎo)致PP自身相對分子質(zhì)量減小，長分子鏈之間纏結(jié)作用減弱，傳遞載荷的能力下降，力學(xué)性能下降。因此需要在生產(chǎn)工藝和最終制品性能之間需求一個平衡點，既保證良好浸漬效果，又保證良好力學(xué)性能。

明星星等［22］采用熔體浸漬工藝制備了LGFPP材料，研究了MAH，DCP含量對一步法擠出LGFPP復(fù)合材料力學(xué)性能和界面的影響，也得到同樣結(jié)論：固定MAH用量，過量的DCP加入導(dǎo)致LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能惡化，當(dāng)MAH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%，DCP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%時，復(fù)合材料力學(xué)性能最優(yōu)。

2.2玻纖的表面處理

偶聯(lián)劑是一種能增強(qiáng)有機(jī)物質(zhì)與無機(jī)物質(zhì)的粘合性能的助劑，它的分子中包含兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)，一種是親有機(jī)物的基團(tuán)，可以和有機(jī)聚合物發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，另一個是親無機(jī)物的基團(tuán)，易與無機(jī)材料的表面起化學(xué)反應(yīng)，所以偶聯(lián)劑可以改善有機(jī)物與無機(jī)物之間的界面作用，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能［23-24］。

宋吉威等［25］以相容性技術(shù)為基礎(chǔ)，選取了5種不同型號的偶聯(lián)劑，采用濕法改性對玻纖表面進(jìn)行處理，制備了LGFPP復(fù)合材料，通過PP/GF的界面行為表征，分析了不同偶聯(lián)劑對復(fù)合材料的影響規(guī)律。結(jié)果表明，和沒有經(jīng)過改性的材料相比，玻纖用偶聯(lián)劑處理后復(fù)合材料的力學(xué)性能明顯較高，其中以偶聯(lián)劑KH560的處理效果最好，LGFPP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度可達(dá)59.14 MPa，壓縮強(qiáng)度為70.69 MPa，沖擊強(qiáng)度為10.14 kJ/m2。

陳現(xiàn)景等［26］在研究了不同界面改性方法對LGFPP力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理的玻纖與未經(jīng)接枝改性的PP不能形成有效的界面結(jié)和，力學(xué)性能差，而與接枝改性的PP界面粘結(jié)較好，力學(xué)性能有很大的增加；在改善界面粘結(jié)情況和提高復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度方面，氨基硅烷偶聯(lián)劑的作用好于含長碳鏈基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑。

黃章勇等［27］通過在玻纖表面接枝β成核劑庚二酸鈣，并在玻纖增強(qiáng)PP熔融混合過程中添加少量的硬脂酸鈣，在玻纖表面形成了完善的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，有效地誘導(dǎo)形成了β橫晶，提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。

3　加工工藝對LGFPP力學(xué)性能的影響

在加工過程中，因為LGFPP中樹脂基體的熔體黏度較大、玻纖長度較長、流動性不好，所以注塑時充模不夠充分。在注塑時一般采用增加注塑壓力而且選用直徑較大的流道和澆口、提高模具和料筒溫度的方式來提高預(yù)浸料的充模性。在注塑過程中，螺桿剪切作用會使玻纖折斷并且受到一定程度的損傷，這種情況一般發(fā)生在熔融-固態(tài)界面處和模穴充模過程中流動層和固體層的界面處，一般采用改變澆口和流道尺寸或者調(diào)整工藝的方法盡量規(guī)避［28-31］。

宋河海［32］通過正交實驗分析方法設(shè)計注塑實驗，研究了粒料長度、螺桿轉(zhuǎn)速、注塑機(jī)機(jī)筒溫度和注塑壓力對制得的LGFPP復(fù)合材料注塑試樣力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著注塑粒料長度的增加，制品中殘余玻纖的長度顯著提高，增加螺桿轉(zhuǎn)速，粒料受到的剪切作用加強(qiáng)，制品中的殘余玻纖長度就減小，綜合力學(xué)性能的水平，選取的最優(yōu)注塑條件是粒料長度10 mm、機(jī)筒溫度220℃、螺桿轉(zhuǎn)速75 r/min和注塑壓力80 MPa。

馬慶華［33］在熱塑性樹脂熔融狀態(tài)下浸漬玻纖的理論模型基礎(chǔ)上開發(fā)了一套適用于長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料的實驗裝置，并研究了制備得到的LGFPP的力學(xué)性能。結(jié)果表明，玻纖在浸漬機(jī)頭的停留時間、機(jī)頭的溫度及相容劑含量都對LGFPP浸漬工藝有影響，制備LGFPP最優(yōu)的工藝條件是：機(jī)頭溫度230℃、停留時間80 s、相容劑PP-g-MAH的含量為10%，此時，制得的LGFPP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為99.14 MPa，彎曲強(qiáng)度為161.13 MPa，沖擊強(qiáng)度為15.56 kJ /m2。

張彥慶［19］用雙階雙螺桿擠出機(jī)一步成型制得LGFPP復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)成型工藝中壓延機(jī)起著很重要的作用。當(dāng)壓延機(jī)下方的兩個壓輥的加熱溫度在130℃以下時，LGFPP復(fù)合材料的表面溫度會降低過快，復(fù)合材料的平整性能會變差，當(dāng)壓延機(jī)下方兩個壓輥的加熱溫度高于150℃時，LGFPP復(fù)合材料容易粘輥，復(fù)合材料的表觀光潔性能會受影響；為使得LGFPP復(fù)合材料表面光滑平整，壓延機(jī)下方的兩個壓輥的加熱溫度應(yīng)控制在130～150℃。

張峰等［34］使用熔體浸漬工藝制備了LGFPP復(fù)合材料，研究注塑溫度對LGFPP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能受注塑的溫度影響很大，增加注塑溫度不但可以明顯提高LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能，還能明顯改善制品表面的浮纖現(xiàn)象，優(yōu)化制品外觀。注塑溫度在290℃時，樣品的力學(xué)性能最優(yōu)。

張道海等［35］采用熔體浸漬工藝制備得到LGFPP復(fù)合材料，研究了浸漬時間對LGFPP復(fù)合材料力學(xué)性能、形態(tài)、儲能模量的影響。結(jié)果表明，長玻纖浸漬時間增多，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能先增大后減小，當(dāng)浸漬時間為7.03 s時，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能最好。這是因為浸漬時間短，玻纖在基體樹脂中不能得到良好的浸漬，導(dǎo)致力學(xué)性能較差，而浸漬時間過長，基體樹脂會發(fā)生降解，使復(fù)合材料力學(xué)性能降低。當(dāng)浸漬時間為7.03 s時，玻纖在基體樹脂中能夠浸透，而且基體樹脂還沒引起分解，所以此時復(fù)合材料力學(xué)性能最優(yōu)。

黎敏等［36］研究了螺桿組合對玻纖增強(qiáng)PP性能及產(chǎn)品外觀的影響，制備了高性能、成型外觀優(yōu)的LGFPP材料。研究發(fā)現(xiàn)，螺桿剪切強(qiáng)度增大，LGFPP材料的力學(xué)性能降低，MFR提高，成型后的制品外觀變好，所以為了得到良好外觀和優(yōu)良力學(xué)性能的制品，需要選擇合適的剪切強(qiáng)度的螺桿組合進(jìn)行生產(chǎn)。

周翔等［37］采用模壓成型工藝制備了三種LGFPP片材復(fù)合蜂窩板材，研究熱壓壓力、熱壓溫度、保壓時間的影響，最終確定了制備3層連續(xù)玻纖單向片材復(fù)合蜂窩板的工藝為：熱壓壓力0.5 MPa，熱壓溫度200℃，保壓時間25 s。面板層數(shù)增加，連續(xù)玻纖單向片材復(fù)合蜂窩板、連續(xù)玻纖混編紗復(fù)合蜂窩板和連續(xù)玻纖交叉片材復(fù)合蜂窩板的彎曲性能由逐漸增大到趨于穩(wěn)定，側(cè)壓性能逐漸增大。

駱行［38］使用嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)加工LGFPP，研究了不同螺桿組合對制品中玻纖長度及材料的力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，使用剪切速率和剪切應(yīng)力低且分布窄、停留時間較短、分布混合好的螺桿元件及組合，制品中的玻纖長且均勻分布，力學(xué)性能得到改善。

4　問題及展望

LGFPP在完全滿足成型要求和各項性能要求的同時，還在輕量化和降低成本等方面有明顯的效果，在汽車零部件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景［39-40］。近十幾年來，LGFPP復(fù)合材料的研究取得了很大進(jìn)步，但諸如玻纖浸漬技術(shù)優(yōu)化、加工工藝的進(jìn)一步優(yōu)化、玻纖在制品中的取向和分布的研究與控制等仍需進(jìn)一步研究探索，以期建立起LGFPP產(chǎn)品質(zhì)量和微觀結(jié)構(gòu)之間的橋梁，更好地實現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量管控。

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塑料和彈性體助VR設(shè)備輕量化舒適化

為提高“虛擬現(xiàn)實”（VR）設(shè)備的舒適度，塑料行業(yè)從事者都會想到塑料和彈性體，它們能夠使VR設(shè)備輕量化舒適化。VR實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)，用上VR設(shè)備玩游戲，那么你就像真置身在游戲場景中，在游戲里面你看到的場景都像是真的在你身邊存在。

現(xiàn)階段的VR設(shè)備中，光學(xué)設(shè)備是必不可少的，使用時綁在人的眼睛處。目前這種光學(xué)設(shè)備體積都是相對較大的，而且佩戴時間較長后，容易疲勞，部分使用者甚至頭暈不適（和體驗的場景也有關(guān)系）。所以提高VR佩戴舒適度將成為VR技術(shù)中的一個重要部分，目前的思路有兩個，一是提升光學(xué)電子系統(tǒng)技術(shù)，改變目前的設(shè)計，讓VR設(shè)備更??；二是將VR設(shè)備輕量化，采用更輕質(zhì)更舒適的材料制造設(shè)備，結(jié)合以上兩點找到較好的解決方案。

那么從材料角度看，VR輕量化會是怎樣的呢？

（1）目前VR設(shè)備外殼已經(jīng)大量采用塑料材料了，因為通常塑料比金屬輕，而且塑料堅固、耐摩擦、防水和柔韌性都方面都是表現(xiàn)不錯的，從原料成本和加工難度看，塑料已經(jīng)是第一選擇，設(shè)備中配套還會使用彈性體材料和纖維等高分子材料，工程師今后將在選材和設(shè)計方面做更多優(yōu)化，使之佩戴更加舒適。

（2）光電系統(tǒng)中，比如透鏡，采用光學(xué)塑料材料也是趨勢，相比無機(jī)玻璃而言，光學(xué)塑料種類繁多，光學(xué)參數(shù)選擇范圍廣，設(shè)計更靈活，而且目前光學(xué)塑料加工技術(shù)較高，所以塑料透鏡也將大量應(yīng)用在VR設(shè)備中。

（3）通過對比汽車輕量化和可穿戴設(shè)備發(fā)展，塑料和彈性體在此兩個領(lǐng)域一直扮演著重要角色，在VR設(shè)備上也將呈現(xiàn)出同樣的趨勢，而發(fā)展速度主要取決于VR技術(shù)本身，預(yù)計未來5年是VR技術(shù)大發(fā)展窗口階段，那么對于塑料等行業(yè)或許迎來新的風(fēng)口。

（4）適合的VR材料該考慮以下幾點：輕而強(qiáng)、與皮膚接觸有舒適感、耐環(huán)境、熱安全性、電安全性和生物安全性好。其中生物安全性尤其重要，首先設(shè)備是可穿戴的與人體直接接觸，其次目前尚未研究報告指出長時間佩戴VR對人眼和身體的影響，這方面值得關(guān)注。

目前VR發(fā)展前景已經(jīng)明朗，未來必然為相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈提供無限商機(jī)，VR將采用大量非金屬材料，而塑料和彈性體等材料行業(yè)正處在風(fēng)口中，未來一片光明。

（高分子網(wǎng)）

Research Progress of Mechanical Property of Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene Composites

An Junying1，2， Meng Zheng1，2， Su Yu1，2
（1. Beijing Institute of Aerospace Testing Technology， Beijing 100074， China；2. Beijing Aerospace Chemical Engineering Co. Ltd.， Beijing 100074， China）

The research progress of mechanical property of long glass fiber reinforced polypropylene （PP） was reviewed，including the effects of mass fraction of glass fiber，interfacial bonding between glass fiber and PP and processing technology on the mechanical property of the long glass fiber reinforced polypropylene composites. The research prospects were also discussed.

LGFPP；interfacial bonding；process；mechanical property

TQ322.3

A

1001-3539（2016）06-0132-05

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.06.028

聯(lián)系人：安峻瑩，碩士，從事高分子材料改性技術(shù)研發(fā)

2016-03-18