玻纖增強(qiáng)SAN材料力學(xué)性能的影響因素

梁賜禾

摘 要：本文將針對玻纖增強(qiáng)SAN樹脂的力學(xué)性能進(jìn)行分析，并且著重討論影響其的主要因素。據(jù)相關(guān)資料表明，添加SMA相容劑之后可以有效地增加SAN樹脂和玻纖的界面結(jié)合強(qiáng)度，繼而有利于提升材料的力學(xué)性能。除此之外，使用潤滑劑也可以對材料力學(xué)性能帶來正面效應(yīng)，且當(dāng)潤滑劑劑量在0.2%的時(shí)候材料性能達(dá)到最佳。而關(guān)于更多的影響SAN樹脂材料力學(xué)性能的因素也將得到更為詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：玻纖；SAN材料；力學(xué)性能；拉伸程度

SAN 樹脂全稱為丙烯腈-苯乙烯共聚物，其主要是指由丙烯腈和苯乙烯所組成的高分子聚合物。而SAN樹脂具有自身的力學(xué)優(yōu)勢，特別是在拉升程度、彎曲強(qiáng)度、硬度、以及尺寸穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)優(yōu)異。

一、SMA相容劑量對符合材料力學(xué)性能的影響

通過相關(guān)資料顯示，玻纖增強(qiáng)SAN符合材料的力學(xué)性能受到相容劑SMA含量的差異影響，當(dāng)加入相容劑SMA的時(shí)候，在復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度上則有明顯的提升。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，相容劑SMA劑量為3%的時(shí)候，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的數(shù)值分別達(dá)到117.2MPa、140.3MPa和5.7kJ/m2時(shí)，綜合力學(xué)性能最佳。而尚未添加相容劑SMA的時(shí)候，力學(xué)性能則會相對下降22.8%、12.8%、11.8%[1]。因此，筆者認(rèn)為在沒有添加SMA相容劑的時(shí)候，玻纖增強(qiáng)SAN的力學(xué)性能較差，其原因主要是由于SAN數(shù)值與玻纖的結(jié)合能力弱所導(dǎo)致的，在受到作用力的時(shí)候，SAN無法將應(yīng)力傳遞到玻纖，因此，復(fù)合材料對力學(xué)的性能顯示不夠明顯。而加入相容劑之后，由于兩者具有相似的基團(tuán)，且相容性好，能夠增加界面的結(jié)合力，促使基體樹脂受到應(yīng)力的時(shí)候可以將其傳遞到玻纖表層進(jìn)行分散，從而提升了復(fù)合材料的使用性能。

二、潤滑劑量對復(fù)合材料性能的影響

潤滑劑的含量高低也會對復(fù)合材料力學(xué)性能產(chǎn)生影響，當(dāng)潤滑劑含量增加的時(shí)候，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度則表現(xiàn)出先上升，后降低的趨勢，而彎曲強(qiáng)度則是遞減的趨勢。這也是由于潤滑劑可以幫助玻纖在樹脂中進(jìn)行分散的作用。過多的潤滑劑可以對粘附在樹脂表面和螺旋表面上，因此會減輕樹脂和螺旋之間的摩擦力[2]，此時(shí)，則會難以均勻的將玻纖分散在樹脂中，復(fù)合材料的力學(xué)性能也會隨之減弱。因此，筆者認(rèn)為潤滑劑的含量才是關(guān)鍵性問題。即當(dāng)潤滑劑含量控制在0.2%的時(shí)候，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊力強(qiáng)度分別可以達(dá)到117.2MPa、140.3MPa和5.7kJ/m2。除此之外，我們也關(guān)注到潤滑劑的成本較高，降低其使用的含量也是降低成本的一個(gè)反應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)性能與成本的最佳經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)，在考慮實(shí)際因素的時(shí)候更應(yīng)該關(guān)注潤滑劑的用量。

三、玻纖單絲直徑對復(fù)合材料性能的影響

玻璃纖維的單絲直徑會影響玻纖增強(qiáng)材料的性能，本文也針對不同的單絲直徑進(jìn)行了對比分析，從而深入的探究其對玻纖增強(qiáng)材料力學(xué)性能的影響。具體而言，筆者針對直徑為17μm、14μm和13μm的玻纖直徑進(jìn)行了拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的對比分析，具體數(shù)據(jù)如下表所示。當(dāng)纖維的直徑增加的時(shí)候，我們得知玻纖表面缺陷也會隨之增加，而纖維比表面積以及表面活性也會隨之變小。在使用浸潤劑的過程中，也會造成玻纖表面缺陷的大幅度提升。此時(shí)，當(dāng)復(fù)合材料受到較大的外力作用時(shí)，應(yīng)力會直接傳遞到玻纖，而玻纖的薄弱點(diǎn)則是導(dǎo)致材料受到破壞，因此，玻纖的直徑大，也就是表面積越大是則會增加纖維斷裂的可能性[3]。與此同時(shí)，玻纖表面積的減少，則說明玻纖和樹脂基體的接觸面積隨之縮小，兩者的界面結(jié)合度降低，玻纖增強(qiáng)效果也大不如前。因此，筆者認(rèn)為玻纖直徑也是影響增強(qiáng)SAN材料力學(xué)性能的重要因素。值得一提的是，直徑13μm和14μm的玻纖直徑之間的差異不是很大，但是受到成本因素的影響，優(yōu)先選擇14μm的玻纖增強(qiáng)材料更符合實(shí)際需求。

四、玻纖含量對復(fù)合材料性能的影響

在研究中，我們得知玻纖含量會對玻纖增強(qiáng) SAN 材料力學(xué)性能的影響。具體而言，隨著玻纖含量的增加，玻纖增強(qiáng)材料的彎曲低強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度均有所提升，但是當(dāng)玻纖含量達(dá)到20%之后則發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，即強(qiáng)度在這個(gè)節(jié)點(diǎn)之后提升的幅度較為平緩。從原因上分析，強(qiáng)度的提升主要是因?yàn)楦嗖＠w的加入，而提升幅度變緩更多是由于玻纖分散困難導(dǎo)致的。在玻纖加工的過程中斷裂程度增家、玻纖的長度則會降低，此時(shí)也會導(dǎo)致整體性能提升的速率變緩。而沖擊強(qiáng)度的變化則反應(yīng)為先增加后減少，當(dāng)玻纖含量達(dá)到20%的時(shí)候，沖擊強(qiáng)度也會達(dá)到最大值[4]。而繼續(xù)提升玻纖含量時(shí)，沖擊強(qiáng)度并不會出現(xiàn)緩慢的上升，而是轉(zhuǎn)為下降。究其原因，當(dāng)玻纖含量過多的時(shí)候，制備過程也會對設(shè)備操作造成損害，生產(chǎn)成本增加。因此，筆者認(rèn)為控制玻纖含量，能夠更好的展示、應(yīng)用增強(qiáng)SAN材料的力學(xué)性能，并且有助于控制成本。從具體的強(qiáng)度數(shù)值上看，其變化情況如圖1所示，左圖為拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的變化情況，右圖則為沖擊強(qiáng)度的變化趨勢。

五、主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速對復(fù)合材料性能的影響

通過分析，主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速的變化對玻纖增強(qiáng)SAN 材料力學(xué)性能的影響較小。在具體的實(shí)驗(yàn)分析中，主機(jī)螺旋桿的轉(zhuǎn)速主要的范圍在200～260rpm之間，則增強(qiáng)SAN材料的拉伸強(qiáng)度的區(qū)間則在115.2和 117.8 MPa之間；彎曲強(qiáng)度的區(qū)間則在36.2和141.5 MPa之間。當(dāng)螺旋桿轉(zhuǎn)速提升之后，玻纖增強(qiáng)SAN材料的沖擊強(qiáng)度將表現(xiàn)為下降趨勢，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到最高值260rpm的時(shí)候，沖擊強(qiáng)度則會降至5.6 kJ/m2，在高轉(zhuǎn)速的影響下，物料的停留時(shí)間越來越少，玻纖也難以實(shí)現(xiàn)均勻的分散。在這樣的環(huán)境背景下，其沖擊強(qiáng)度必然受到影響，在結(jié)合生產(chǎn)效率的同時(shí)，將轉(zhuǎn)速控制在240rpm的時(shí)候效果最佳，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。

結(jié)束語：通過本次調(diào)研分析，在結(jié)合專家學(xué)者的研究基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為玻纖增強(qiáng)SAN材料力學(xué)性能的影響因素有很多，包括相容劑SMA，潤滑劑、單絲直徑、玻纖含量以及主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速。具體而言，相容劑可以提升SAN樹脂與玻纖之間的相容性，并且當(dāng)相容劑劑量為3%的時(shí)候效果最好。而潤滑劑含量控制在0.2%的時(shí)候，彎曲強(qiáng)度達(dá)到最高，能夠針對玻纖在SAN樹脂的均勻分布問題進(jìn)行改善。與此同時(shí)，單絲直徑在14μm的時(shí)候是增強(qiáng)效果和成本的最佳結(jié)合點(diǎn)，可以在實(shí)際應(yīng)用的過程中優(yōu)先選擇。除此之外，玻纖含量為20%的時(shí)候其沖擊強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)，最后則是主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速可控制在240rpm，此時(shí)對玻纖增強(qiáng)SAN材料力學(xué)的影響程度最小。

參考文獻(xiàn)

[1]張志軍，羅立善，鄧如生.玻纖增強(qiáng) SAN 的研制及其在電器上的應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用，2016，37（3）：60-62.

[2]趙若飛，周曉東，戴干策.玻纖增強(qiáng)聚丙烯界面處理研究進(jìn)展[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2010（3）：49-53.

（作者單位：廣東特發(fā)信息光纜有限公司）