環(huán)保型雜化乳液對(duì)PP/GF界面性能的影響

王燚，沈家麟，謝明星，馬輝煌，周曉東

(1.華東理工大學(xué),上海市多相結(jié)構(gòu)材料化學(xué)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200237； 2.上海偉星新型建材有限公司,上海 201404)

玻璃纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、絕緣等優(yōu)良特性,其中玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(GFRT)具有高性能與輕量化相結(jié)合的潛力,以及具有更高韌性和可回收加工等熱固性復(fù)合材料所不具備的優(yōu)勢(shì)[1-2],符合目前世界提倡的環(huán)保主題。GFRT在航空航天、汽車、醫(yī)療器械工業(yè)等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛[3]。GFRT 綜合性能優(yōu)良的關(guān)鍵在于兩者的界面粘合性能。因此,界面性能優(yōu)化成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。由于玻璃纖維(GF)的強(qiáng)極性和低表面活性,在作為增強(qiáng)體時(shí)會(huì)導(dǎo)致與基體熱塑性樹脂粘合性差、界面相互作用弱[4],特別是對(duì)于非極性、無反應(yīng)性的聚丙烯(PP)樹脂而言,更難使兩者在界面處形成良好的粘合。

PP作為一種基體樹脂,具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性、價(jià)格低廉和輕量化的性質(zhì)。通過對(duì)GF 表面改性來提高與PP 樹脂的粘合度和相容性,從而提高PP/GF復(fù)合材料的界面強(qiáng)度。目前纖維表面改性技術(shù)主要有等離子體改性技術(shù)、氧化改性技術(shù)和涂層改性技術(shù),在這些改性技術(shù)中,涂層改性技術(shù)在不改變纖維的主體結(jié)構(gòu)的同時(shí),涂層的形式和涂層的結(jié)構(gòu)也可以進(jìn)行多樣化設(shè)計(jì)而被認(rèn)為是一種很有前景的技術(shù)[5]。涂層改性技術(shù)主要是通過成膜劑乳液對(duì)GF 涂覆上漿。目前GF 成膜劑研究主要集中在熱固性樹脂上,PP/GF 復(fù)合材料的成膜劑通常含有有機(jī)溶劑,容易對(duì)環(huán)境造成污染。當(dāng)前有機(jī)/無機(jī)水性雜化乳液對(duì)纖維進(jìn)行涂層改性越來越受到人們的關(guān)注[6]。納米二氧化硅是一種廣泛應(yīng)用在纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料(FPRC)的無機(jī)納米顆粒[7-8],經(jīng)過偶聯(lián)劑改性的納米二氧化硅與FPRC具有很好的相容性。因此,開發(fā)一種針對(duì)PP/GF 復(fù)合材料的環(huán)保型水性雜化乳液是十分必要的。

Chen[9]通過將硅烷偶聯(lián)劑改性處理過的氣相納米二氧化硅和微量表面活性劑共同作用制備雙酚F型環(huán)氧Pickering 乳液用于玄武巖纖維改性,改性后的玄武巖纖維界面性能有明顯提升。Chen[7]通過使用納米二氧化硅顆粒對(duì)乙烯基酯樹脂乳液進(jìn)行穩(wěn)定,并將這種乳液應(yīng)用于GF浸潤劑中,但所配置的浸潤劑含有少量有機(jī)溶劑而容易造成環(huán)境污染,并且所用乳化劑含量過多。前人研究還未涉及到雜化PP 蠟乳液用于改性GF。根據(jù)“相似相溶”原理[10-11],采用與PP具有相似結(jié)構(gòu)的改性PP蠟作為成膜劑組分,利用改性后納米二氧化硅的親水親油性,可以作為“類乳化劑”而減少乳化劑的使用量并且能提高乳液的穩(wěn)定性,雜化乳液中不含有機(jī)溶劑,具備明顯的環(huán)保性質(zhì),提高了雜化乳液實(shí)際應(yīng)用可能性?；诖?筆者將水性雜化乳液對(duì)GF 進(jìn)行改性,研究該乳液對(duì)GF的力學(xué)性能及其PP/GF復(fù)合材料的界面粘接性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

丙烯酸接枝聚丙烯蠟：溶液接枝法,自制[12]；

納米二氧化硅：粒徑25 nm,上海眾何化學(xué)科技有限公司；

γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)：分析純,上海邁瑞爾化學(xué)試劑有限公司；

司班80 (Span80)：分析純,上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；

十二烷基硫酸鈉(SDS)、N,N-二甲基乙醇胺：分析純,上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

PP：熔點(diǎn)164℃,重均分子量30 000,青島賽諾化工有限公司；

GF：E-glass988,浙江巨石集團(tuán)有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

傅里葉變換紅外光譜(FTIR)儀：Nicolet 6700型,賽默飛世爾科技公司；

掃描電子顯微鏡(SEM)：S3400 N 型,株式會(huì)社日立制作所；

單纖維強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)：YG004A型,常州第二紡織機(jī)械廠；

高剪切分散均質(zhì)乳化機(jī)：F18型,上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司；

激光粒度粒形分析儀：S3500SI型,美國麥奇克有限公司。

1.3 水性雜化聚丙烯蠟乳液的制備

(1)納米二氧化硅改性。

將活化后的納米二氧化硅、無水乙醇、去離子水按質(zhì)量比為1∶5∶20的量依次倒入燒杯中,用冰乙酸調(diào)節(jié)pH=5,將占二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的KH-550加入其中反應(yīng),結(jié)束后進(jìn)行抽濾、清洗干燥得到目標(biāo)產(chǎn)物。

(2)KH-550的水解。

將一定量的KH-550加入到pH為4～5的去離子水中,不斷攪拌至溶液表面無明顯油花,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KH-550溶液。

（3）雜化乳液的制備。

將適量改性聚丙烯蠟、甲苯和Span 80 在高溫下進(jìn)行攪拌溶解；將去離子水、SDS,N,N-二甲基乙醇胺和改性納米二氧化硅混合后進(jìn)行超聲使其溶解分散均勻；將改性聚丙烯蠟溶液逐滴滴入上述去離子水溶液中,進(jìn)行均質(zhì)乳化25 min 后超聲10 min；將得到的雜化乳液進(jìn)行減壓旋蒸后得到水性雜化聚丙烯蠟乳液。

1.4 試樣制備

(1)GF單絲樣品的制備。

將GF原纖用丙酮溶液索式提取48 h,洗滌后烘干,記作GF0,將GF原纖記為GF。將GF0先浸潤在質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KH-550 溶液中2 h 后進(jìn)行干燥,再用不同雜化乳液涂覆40 s 后進(jìn)行干燥,根據(jù)雜化乳液中改性納米二氧化硅含量的不同,分別將得到的GF 單絲樣品記為GF-0,GF-1%,GF-3%,GF-5%,GF-7%。

(2)微滴脫粘樣品的制備。

將PP顆粒放在200℃的加熱板上熔融,再將GF單絲中間一段浸入熔融的PP 中,最后將粘有少量PP 的GF 懸浮在加熱板上方,待其自然冷卻成為微珠,即可得到微滴脫粘樣品,操作過程如圖1所示。

圖1 微滴脫粘樣品制備的操作流程

1.5 性能測(cè)試與表征

(1)FTIR分析。

通過FTIR 儀對(duì)改性納米二氧化硅和雜化乳液涂覆改性后的GF 的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表征,使用KBr壓片法測(cè)試,范圍為400～4 000 cm-1。

(2)雜化乳液性能測(cè)試與表征。

乳液粒徑分布和Zeta電位測(cè)試：先將雜化乳液用去離子水稀釋到適宜的測(cè)試范圍,再通過納米粒度及Zeta 電位分析儀測(cè)試乳液的粒徑分布與Zeta電位。

乳膠粒的表面形貌觀察：通過光學(xué)顯微鏡觀察乳膠粒的形態(tài)。

固含量的測(cè)定[13]：稱取一定量雜化聚丙烯蠟乳液于120℃烘箱中至恒重,分別稱量烘干前后蒸發(fā)皿的質(zhì)量,測(cè)量固含量W。

式中：m1——蒸發(fā)皿的質(zhì)量；

m2——干燥前蒸發(fā)皿和乳液的總質(zhì)量；

m3——干燥后蒸發(fā)皿和乳液的總質(zhì)量。

離心后下半部乳液固含量百分比[13]的測(cè)定：稱取25 mL 雜化乳液進(jìn)行離心,取適量離心后下半部乳液放在120℃的烘箱中干燥至恒重,測(cè)量其固含量,測(cè)量公式為：

離心后下半部乳液固含量百分比=

離心后下半部乳液固含量/乳液固含量

(3)GF單絲直徑d與表面形貌。

利用光學(xué)顯微鏡測(cè)試GF 單絲直徑d以及微滴脫粘樣品的直徑D和包埋長度L,并通過SEM 觀察涂覆前后GF的表面形貌。

(4)GF單絲拉伸強(qiáng)度測(cè)試。

表征雜化乳液處理前后GF 單絲力學(xué)性能變化[14]：根據(jù)ISO 11566-1996 測(cè)試GF單絲拉伸強(qiáng)度,先將GF 粘貼在玻璃片上,然后利用光學(xué)顯微鏡在GF 上取10 個(gè)不同位置,測(cè)量相應(yīng)的直徑取平均值作為GF 單絲直徑。通過公式(1)計(jì)算單絲拉伸強(qiáng)度：

式中：D——拉伸測(cè)試之前的玻璃纖維直徑,μm；

F——玻璃纖維斷裂時(shí)所施加的拉伸力,CN。

處理前后GF 單絲的拉伸強(qiáng)度通過二參數(shù)的WEIBULL分布法統(tǒng)計(jì),測(cè)試樣品數(shù)量為50個(gè),令F(σ)=1-exp[-(σ/σ0)m],其中F (σ)=μ/(N+1),N代表樣品總個(gè)數(shù),μ為樣品編號(hào)順序,σ0,m為材料參數(shù),σ為對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度。通過對(duì)方程兩邊取對(duì)數(shù)后以lnσ 為橫坐標(biāo),lnln{1/[1-F(σ)]}為縱坐標(biāo),σ0,m數(shù)值通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合得到,根據(jù)為平均拉伸強(qiáng)度,其中Γ為Gamma函數(shù)。

(5)界面剪切強(qiáng)度(IFSS)測(cè)試。

根據(jù)ISO 11566-1996測(cè)試IFSS,用單纖維強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)以2 mm/min的速度測(cè)試,用IFSS來表征PP/GF復(fù)合材料的界面粘接性能。

根據(jù)公式τ=F/πDL計(jì)算處理前后GF與PP樹脂的IFSS 數(shù)據(jù)[15]。每組最少測(cè)試10 個(gè)樣品得到10個(gè)有效數(shù)據(jù),將10個(gè)有效數(shù)據(jù)取平均數(shù)作為該樣品的IFSS,并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。其中F為微珠脫粘力。微脫粘式樣結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 微脫粘式樣結(jié)構(gòu)

2 結(jié)果與討論

2.1 改性納米二氧化硅和雜化乳液涂覆改性后的GF的FTIR分析

改性雜化聚丙烯蠟乳液涂覆GF單絲的FTIR譜圖如圖3所示。

圖3 改性納米二氧化硅和雜化聚丙烯蠟乳液涂覆GF的FTIR譜圖

由圖3可知,KH-550處理后的納米二氧化硅在2 924 cm-1和2 852 cm-1處出現(xiàn)甲基和亞甲基的伸縮振動(dòng)峰,1 633 cm-1處出現(xiàn)—N—H的彎曲振動(dòng)峰,并且在1 100 cm-1處出現(xiàn)明顯的Si—O伸縮振動(dòng)峰,表明納米二氧化硅表面接枝了KH-550,但是KH-550的接枝并未改變二氧化硅原來的結(jié)構(gòu)組成,只是納米二氧化硅表面的硅羥基與KH-550的羥基發(fā)生脫水反應(yīng)生成—Si—O—Si—鍵。

驗(yàn)證雜化聚丙烯蠟乳液已成功涂覆在GF 表面,從圖3 可以看出,在波數(shù)970 cm-1處有GF 和納米二氧化硅結(jié)構(gòu)中的硅羥基鍵(—Si—OH)的特征吸收峰,在波數(shù)1 685 cm-1處有改性聚丙烯蠟連接的羧基與KH-550 的氨基化學(xué)鍵合后的酰胺鍵(—NH—CO—)的特征吸收峰,在波數(shù)3 017 cm-1處有締合亞氨基(—NH—)的伸縮振動(dòng)峰,在波數(shù)1 122 cm-1處存在KH-550 的硅羥基與GF 和改性納米二氧化硅表面結(jié)構(gòu)的硅羥基脫水鍵合后—Si—O—Si—鍵的特征吸收峰,在波數(shù)2 842 cm-1處存在亞甲基(—CH2—)的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,在波數(shù)2 919 cm-1處存在亞甲基(—CH2—)反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,在波數(shù)1 457 cm-1和1 374 cm-1處存在甲基(—CH3)的反對(duì)稱變形振動(dòng)吸收峰和對(duì)稱變形振動(dòng)吸收峰,在波數(shù)2 950 cm-1處存在甲基(—CH3)的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,從這些特征吸收峰可以證明,改性雜化聚丙烯蠟乳液在GF 單絲表面涂覆成功,并且膜層對(duì)GF 有較強(qiáng)的包覆能力。

2.2 雜化聚丙烯蠟乳液特性分析

(1)復(fù)合乳化劑用量對(duì)雜化乳液離心穩(wěn)定性的影響。

復(fù)合乳化劑和改性納米二氧化硅用量對(duì)雜化乳液離心穩(wěn)定性的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1。

表1 復(fù)合乳化劑用量對(duì)雜化乳液離心穩(wěn)定性的影響

當(dāng)雜化乳液中不含改性納米二氧化硅時(shí),隨著乳化劑含量的增加,乳液離心后下半部乳液固含量明顯增加,換句話說,乳液的離心穩(wěn)定性有明顯的提升,這主要是因?yàn)?當(dāng)乳化劑加入量較少時(shí),乳膠粒表面吸附的乳化劑分子較少,不能完全包覆乳膠粒且排列松散,所以乳液穩(wěn)定性不高,隨著乳化劑含量的增加,復(fù)合乳化劑分子能吸附在乳膠粒表面形成致密且強(qiáng)度高的隔膜,導(dǎo)致乳膠粒之間有很大阻力而保持穩(wěn)定。但是當(dāng)乳化劑含量過大時(shí)會(huì)在制備過程中產(chǎn)生氣泡,會(huì)影響乳液品質(zhì),并且乳化劑在后續(xù)涂覆玻璃纖維中起不利的影響,故乳化劑用量應(yīng)盡可能的少。當(dāng)加入的復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、改性納米二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)所制備的雜化乳液的離心穩(wěn)定性與單純的加入乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的乳液相差不大。主要是因?yàn)楦男院蟮募{米二氧化硅極性和界面吸附能大大減小,導(dǎo)致其能在油水兩相界面處有較好的吸附能力,對(duì)乳膠粒形成單層半包覆和全包覆狀態(tài),阻止乳膠粒相互接觸碰撞,起到“類乳化劑”的作用。雜化乳液涂覆玻璃纖維改性作用機(jī)理如圖4所示。

圖4 雜化乳液涂覆玻璃纖維改性作用機(jī)理

(2)改性納米二氧化硅含量對(duì)雜化聚丙烯蠟乳液離心穩(wěn)定性的影響。

配制不同含量改性納米二氧化硅乳液,復(fù)合乳化劑的用量為改性聚丙烯蠟含量的5%,測(cè)定相應(yīng)乳液的粒徑和離心后下半部乳液固含量百分比。

圖5 為改性納米二氧化硅含量對(duì)乳液粒徑和離心穩(wěn)定性的影響。從圖5 可以看出,隨著配制的雜化聚丙烯蠟乳液中改性納米二氧化硅的用量逐漸增多,雜化乳液的平均粒徑先增大后減小,當(dāng)改性納米二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于3%時(shí),乳液的粒徑逐漸減小,質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%后粒徑大小逐漸靠近未加納米二氧化硅的乳液。原因是當(dāng)改性納米二氧化硅加入量較少時(shí),由于其本身的粒徑也較小,為納米級(jí)別,所以納米二氧化硅顆粒會(huì)在乳膠粒表面形成單層固體隔離界面,與乳膠粒表面的乳化劑共同作用,降低乳液中不同乳膠粒的相互碰撞聚集的概率,從而降低乳膠粒粒徑,從而提高了雜化乳液的離心穩(wěn)定性。當(dāng)納米二氧化硅顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí),有充足的固體顆粒吸附在油水兩相界面處達(dá)到全包覆狀態(tài),并且通過氫鍵、靜電相互作用等形成復(fù)雜的三維網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu),在乳膠粒之間形成空間阻隔,減緩了乳膠粒的流動(dòng)[16],剩余的納米顆粒在水相中產(chǎn)生輕微絮凝,提高了乳液黏度,使乳膠粒粒徑達(dá)到最小,離心穩(wěn)定性最佳,測(cè)得乳液Zeta 電位為-53.5 mV,表明乳膠粒之間有足夠的靜電斥力來穩(wěn)定乳液。形成的乳膠粒微觀結(jié)構(gòu)如圖6 所示。當(dāng)納米二氧化硅顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時(shí),乳液中的乳膠粒表面已經(jīng)達(dá)到全包覆狀態(tài),導(dǎo)致過多的顆粒在其表面形成多層包覆狀態(tài),并且過多的顆粒會(huì)在水相中團(tuán)聚產(chǎn)生嚴(yán)重絮凝狀態(tài),導(dǎo)致乳膠粒徑明顯變大并且離心穩(wěn)定性下降。故適量改性納米二氧化硅在乳液中起著“類乳化劑”的作用,與乳化劑一同作用保證乳液的穩(wěn)定性。

圖5 改性納米二氧化硅含量對(duì)乳液粒徑和離心穩(wěn)定性的影響

圖6 乳膠粒微觀結(jié)構(gòu)

2.3 GF表面形貌分析

圖7 為乳液處理前后GF 表面形貌的SEM 照片。從圖7 可以看出,去除表面原有上漿劑的GF0表面光滑,經(jīng)過乳液處理的GF-0表面存在一層均勻但比較粗糙的薄膜,有明顯的凸起。由GF-1%到GF-7%可以看出,GF表面粗糙度逐漸增加,部分區(qū)域由于乳膠粒的過多沉積而導(dǎo)致表面存在重疊結(jié)構(gòu),并且可以看到,GF表面出現(xiàn)突起圓點(diǎn),從雜化漿料成分推斷這是粘合在GF表面的改性二氧化硅顆粒,當(dāng)雜化乳液中改性納米二氧化硅的比例增加時(shí),表面突起聚集體更加明顯,并且使GF直徑有了明顯的增大。

圖7 GF處理前后表面微觀形貌SEM照片

2.4 GF單絲拉伸強(qiáng)度

GF單絲拉伸強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)擬合結(jié)果列于表2。GF-0%的拉伸強(qiáng)度為1.427 GPa,相比于GF0 的拉伸強(qiáng)度1.383 GPa 提高了3.2%,原因?yàn)槲醇痈男约{米二氧化硅的乳液處理GF 可以在GF 表面形成包覆膜層,并且通過KH-550分別與GF表面硅羥基和乳液中含有的羧基基團(tuán)發(fā)生化學(xué)鍵合反應(yīng),減小了應(yīng)力集中,從而拉伸強(qiáng)度有所提升。GF原纖的拉伸強(qiáng)度1.398 GPa與GF0相差不大。

表2 GF單絲拉伸強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

由表2 可以看出,隨著改性納米二氧化硅含量的增加,單絲拉伸強(qiáng)度先增大后減小,GF-3%的拉伸強(qiáng)度擬合結(jié)果如圖8 所示,達(dá)到最大為1.456 GPa,比 GF0 的拉伸強(qiáng)度 1.383 GPa 提高了 5.3%,主要是因?yàn)楦男约{米二氧化硅分別可以通過KH-550和自身的硅羥基與GF表面的硅羥基發(fā)生脫水反應(yīng)形成—Si—O—S—鍵,一方面可以增加纖維表面硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的密度,并且均勻分布的納米二氧化硅顆粒作為應(yīng)力集中點(diǎn)吸收更多的能量,另一方面還可以完善已有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性,有利于應(yīng)力的傳遞,提高纖維的抗載荷能力,適當(dāng)提高纖維的拉伸強(qiáng)度[17]。GF-7%的拉伸強(qiáng)度為1.378 GPa,比GF0下降0.36%,此時(shí)改性納米二氧化硅濃度過大,會(huì)在GF 表面發(fā)生團(tuán)聚堆積,導(dǎo)致纖維直徑增大,且由于樹脂的承受載荷能力小于纖維,此時(shí)直徑對(duì)纖維的拉伸強(qiáng)度的負(fù)面影響比改性納米二氧化硅的補(bǔ)強(qiáng)作用大,所以直徑過大會(huì)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度明顯下降。

圖8 GF-3%單絲的拉伸強(qiáng)度

2.5 GF與PP樹脂的IFSS

為了考察雜化乳液對(duì)增強(qiáng)GF與PP基體粘接的有效性,測(cè)試了PP/GF復(fù)合材料的IFSS,結(jié)果如圖9所示。

圖9 GF與PP樹脂的IFSS

由圖9可見,PP/GF0復(fù)合材料的IFSS值為4.31 MPa,這是由于去漿GF 表面光滑且與PP 樹脂粘結(jié)作用較差,兩者之間沒有化學(xué)鍵作用力和機(jī)械鉚合作用。PP/GF 復(fù)合材料的IFSS 值為4.03 MPa,比去漿GF維的IFSS還更低,主要是因?yàn)樯虡I(yè)GF表面涂層與PP 相容性更差導(dǎo)致兩者之間的相互作用力較小。表面涂覆雜化乳液的GF與聚丙烯蠟的IFSS有明顯的提升,PP/GF-0 的IFSS 為8.27 MPa,相對(duì)于PP/GF0提升了91.9%,因?yàn)橥扛踩橐好黠@增加了GF表面的粗糙度,機(jī)械鉚合作用增強(qiáng),另外涂層聚合物所接枝的羧基能夠與GF 表面氨基進(jìn)行反應(yīng),形成反應(yīng)結(jié)合界面,提升兩者之間的化學(xué)鍵力；另一方面涂層聚合物與基體樹脂PP有較強(qiáng)的相容性,兩者之間的分子鏈發(fā)生相互糾纏,因此提高了PP/GF兩者之間的IFSS。PP/GF 兩者之間的IFSS 隨著雜化乳液中改性納米二氧化硅含量的增加先增大后減小,在改性納米二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)所得到的PP/GF-3%的IFSS達(dá)到最佳,為9.83 MPa,相對(duì)于PP/GF0 提升了128%,這是因?yàn)楦男约{米二氧化硅涂覆在GF表面,增大了涂層表面的粗糙度,提高了更多的機(jī)械鉚合點(diǎn),同時(shí)經(jīng)過KH-550 處理過的GF 表面的官能團(tuán)一方面與改性納米二氧化硅的羥基發(fā)生化學(xué)鍵和作用,另一方面有機(jī)官能團(tuán)與涂層中的羧基鍵合,形成“玻璃纖維-改性納米二氧化硅-改性聚丙烯樹脂”三者之間相互作用的化學(xué)鍵合層,進(jìn)一步提升了PP/GF兩者之間的IFSS。當(dāng)改性納米二氧化硅加入量過多時(shí)PP/GF 兩者之間的IFSS開始下降,可能是因?yàn)楦男约{米二氧化硅加入量過多時(shí),在GF 表面的涂覆量過大且納米二氧化硅顆粒在表面團(tuán)聚,容易出現(xiàn)應(yīng)力集中而影響作用力的有效傳導(dǎo),導(dǎo)致PP樹脂更容易從GF表面脫落,從而IFSS有所下降。

3 結(jié)論

(1)KH-550能降低納米二氧化硅表面的強(qiáng)親水性,并且適量的改性納米二氧化硅能起到“類乳化劑”的作用,適量減少雜化乳液中復(fù)合乳化劑的使用量,配制的雜化乳液離心穩(wěn)定性良好,并且涂覆處理GF能增加表面粗糙度,增加GF與PP的機(jī)械鉚合作用。

(2)雜化乳液中富含羧基等活性基團(tuán),能在涂覆過程中與GF 表面硅羥基和KH-550 的氨基發(fā)生化學(xué)鍵合作用,涂覆改性處理過的GF-3%單絲拉伸強(qiáng)度為1.456 GPa,相比于去漿GF0提高了5.3%,當(dāng)涂覆膜層過厚,GF直徑對(duì)單絲拉伸強(qiáng)度的負(fù)面影響要大于涂層對(duì)GF應(yīng)力提升的補(bǔ)強(qiáng)作用。

(3)經(jīng)雜化乳液涂覆改性處理,GF 表面形成膜層,增加了GF 表面粗糙度,機(jī)械鉚合作用增強(qiáng),并且形成反應(yīng)結(jié)合界面,增強(qiáng)了GF與PP的相容性,故兩者之間的粘結(jié)性能顯著提升,GF-3%的GF 單絲與 PP 樹脂的 IFSS 為 9.83 MPa,相對(duì)于 GF0 提升了128%,當(dāng)涂層過厚時(shí)會(huì)導(dǎo)致GF 表面受力時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象,導(dǎo)致PP樹脂更容易從GF表面脫落,而使得IFSS有所降低。