崔峰渡，等：玻璃纤维增强聚丙烯的性能研究
中图分类号：ＴＱ１７１．７７ ７．７ 文献标识码：Ａ Ｆｉｂ盯． ｇｌａｓｓ
玻璃纤维增强聚丙烯的性能研究 技术开发
崔蜂波。曹国荣 （巨石集团有限公司，巨石集团玻璃纤维研究院，浙江省玻璃纤维研究重点实验室，桐乡３１４５００）
摘要：通过制备长玻璃纤维与短玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，对比研究了在一定温度下的不同复合材料的弯曲性能与
热性能。结果表明，在相同玻璃纤维含量下，长玻璃纤维增强ＰＰ的弯曲性能与热变形温度均高于短纤维增强聚丙烯复合材
料。 关键词：长玻璃纤维；短玻璃纤维；聚丙烯；弯曲强度；热变形温度
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ
ＣＵＩ Ｆｅｎｇｂｏ，ＣＡＯ Ｇｕｏｒｏｎｇ （Ｊｕｓｈｉ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｊｕｓｈｉ Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，
Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｔｏｎｇｘｉａｎｇ ３１４５００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｎｇ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＰＰ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｉｒ ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔ ｃｅｒｔａｉｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｈｅ ｌｏｎｇ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ
ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＰＰ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｈｉｇｈｅｒ ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｈｅａｔ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｈａｎ ｓｈｏｒｔ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＰＥ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ；ｓｈｏｒｔ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ；ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｈｅａｔ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
０前言
长纤维增强热塑性塑料（１ｏｎｇ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ
ｔｈｅｒｍｏｐ１ａｓｔｉｃ，ＬＦＲＴ）是近年来高速发展的一类复
合材料，主要由玻璃纤维、碳纤维、有机纤维等与
不同的热塑性塑料基体及各种助剂经特殊的设备和
投稿日期：２０１０—１０—２１
修回日期：２０１０—１卜Ｏ２
作者简介：崔峰波，男，１９７３年生，巨石集团有限公司、巨石玻 璃纤维研究院产品研发中心副主任，工程师。 工艺进行复合而制得 。由于ＬＦＲＴ￥１Ｊ得的制品中纤
维的损伤、剪碎情况被大幅度减轻，从而使纤维保
留了相当的长度而使制品的性能大幅度的提高，具
有高强度、刚性好、使用寿命长、耐腐蚀性好、尺
寸稳定性好、精度高、耐蠕变性能好、低翘曲、耐
疲劳性能优良、设计自由度高及优异的成型加工性
能、重量轻、可回收重复使用等优点 ，ＬＦＲＴ成为 了近年来取得突破性进展的高性能新材料，已经成为
热塑性塑料市场增长最快的品种。目前国外公司工
业化生产出长纤维增强粒料采用的树脂基体有ＰＰ、
《玻璃纤维》２０１１年第ｌ期
９ 技术开发 Ｒｂ— ｇｌａｓｓ 崔峰波，等：玻璃纤维增强聚丙烯的性能研究
ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＡＢＳ、ＰＯＭ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＣ、热塑性聚氨 酯等，其中被广泛应用的主要是长纤维增强ＰＰ。
ＬＦＲＴ产品被广泛应用于汽车、机械、航空航天、电
子、家电、通讯、化工、体育器材、医疗器械、军
工、娱乐、食品加工等领域。目前长纤维增强热塑
性塑料绝大部分用于汽车工业，如应用在组合式部 件（前端支架、门板模块、汽车行李架、汽车蓄电
池壳等）中。
本文采用自行设计的浸渍模头生产出了长纤维
增强ＰＰ料粒，研究了不同玻璃纤维含量的料粒在一
定温度下力学性能及热变形温度的变化，并与短玻
璃纤维增强料粒的性能进行了对比。
１ 试验
１．１主要原材料
玻璃纤维直接无捻粗纱，３６２ Ｋ，巨石集团有限
公司； 玻璃纤维短切原丝，Ｓ０８Ａ，巨石集团有限公司：
聚丙烯：韩国ＳＫ公司；
相容剂：马来酸酐接枝聚丙烯，２００Ｂ，宁波能
之光公司；
抗氧剂：１０１０、１６８，Ｃｉｂａ公司。 １．２主要设备与仪器
双螺杆挤出机：型号ＣＴＥ一３５，南京科亚橡塑机
械有限公司； 牵引机：履带式，余姚市国泰橡塑机械有限公
司； 注塑机：日本ＦＡＮＵＣ公司； 万能材料试验机（带环境箱）：型号Ｚ０５０，德
国ＺＷｌＣＫ公司： 冲击试验机：意大￥１ＪＣＥＡＳＴ公司；
电子显微镜：型号ＸＳＰ一２，上海永亨光学仪器厂；
电子扫描显微镜：型号ＥＭ３２００，北京ＫＹＫＹ公司。 １．３材料的制备
长纤维增强热塑性塑料的制备：通过自行设计
的浸渍模头与双螺杆挤出机进行制备。ＰＰ经双螺杆 挤出机熔融后挤入模头，玻璃纤维经预热、分散后
《玻璃纤维＞２０１１年第１期 １０ 在牵引机的作用进入模头，在模头中纤维被熔融的
树脂基体包覆并浸润。控制牵引的速度、螺杆的转
速及浸渍模头的口模直径，制备出长度为１２ ｍｍ，不
同玻璃纤维含量的长纤维增强热塑性塑料料粒。
短纤维增强热塑性塑料的制备：采用双螺杆挤 出机，通过计量秤设置不同的参数，改变玻璃纤维
与ＰＰ混合的质量比，制各不同玻璃纤维含量的料粒。
制备的料粒经干燥后，通过注塑机制备出性能
测试用的标准样条。
１．４性能测试
在设定温度为８Ｏ℃的环境下弯曲性能按照ＩＳ０１７８
２００３￣Ｕ定，测试速度为５ ｍｍ／ｍｉｎ。热变形温度按照
ＩＳ０７５—２００４｝￣ｑ定，升温速度１２０＂Ｃ／ｈ。采用ＳＥＭ拍照，
观察断面。
２结果与讨论
２．１纤维残留长度的差异
将注塑好的样条截取一段，在马福炉中煅烧后，
利用显微镜测出不同含量的长纤维增强与短纤维增强 的玻纤残留长度分布情况。从测试结果看，不同玻
璃纤维含量的短纤维增强样品中的纤维残留长度分布
均匀，基本都在５００￣６００ ｐｍ之间，长纤维增强聚丙
烯料粒经注塑机注塑后玻纤残留长度分布较广，既有
类似于短纤维增强的残留长度很短的碎纤维，又有
长度近１０ ｉｎｎ的较长纤维。将其中碎纤维进行测量，长
度在６００￣８００ ｐｍ之间，碎纤维与长纤维（＞８００ ｐｒｏ）
的质量分数分布情况见表２。由此可以看出，经注塑
后，长纤维增强聚丙烯的纤维残留长度远远大于短
纤维增强。 ２．２一定温度下弯曲强度的比较
图１为长纤维与短纤维增强ＰＰ在一定温度（８０℃）
环境下弯曲强度随着玻璃纤维含量的变化趋势。从
图中可以看出，随着玻璃纤维含量的增加长纤维与
短纤维增强塑料的弯曲强度均随着增大。在８０℃的
情况下，２０％￣３０％玻璃纤维含量的长纤维增强ＰＰ的 弯曲强度比同等质量含量的短纤维增强ＰＰ提高４０％以
上。在纤维含量达￣１Ｊ
４０％以上时，强度提高到了６５％ 崔峰波，等：玻璃纤维增强聚丙烯的性能研究
表１ 不同纤维含量短纤维增强聚丙烯玻纤残留长度
表２不同纤维含量长纤维增强聚丙烯玻纤残留长度
以上。这主要是因长纤维增强ＰＰ中玻璃纤维的残留
长度要明显长于短玻璃纤维的长度。从图２、图３中
也可以看出长纤维增强ＰＰ在断裂时纤维拔出的长度
明显长于短纤维增强ＰＰ断裂时纤维拔出的长度。随
着纤维长度的增加，纤维与基体树脂的界面面积增 大，玻璃纤维拔出的阻力就大，从而增加了复合材
料的强度 。
岛 莹 、＼ 黑 魍 钟
ＺＵ Ｕ ４Ｕ ｂＵ ＋短纤维增强 一长纤维增强 玻璃纤维含量／％ 图１ 长、短纤维增强ＰＰ在一定温度（８０℃）下弯曲强度的比较
２．３热变形温度的比较
从图４中可以看出，长纤维与短纤维增强ＰＰ热变
形温度均随着玻璃纤维含量的增加而变大。在相同
玻璃纤维含量的情况下，长玻璃纤维增强ＰＰ复合材
料的热变形温度均高于短纤维增强ＰＰ。这主要是因
复合材料中玻璃纤维长度的增加，纤维与纤维之间，
玻璃纤维与基体树脂之间的内摩擦力变大，导致基 体分子之间的相对运动困难，从而提高了复合材料
的热变形温度 。
由此可以看出，长玻璃纤维增强弥补短切玻璃
纤维增强塑料的诸多不足，具有比短切纤维增强热 ｐ ＼ 《 Ｆ ｅｒ ｇ／ａ，ｑ，￣ 技术开发
图２长纤维增强ＰＰ注塑样断面ＳＥＭ照片
图３短纤维增强ＰＰ注塑样断面ＳＥＭ照片
２Ｏ ３Ｏ ４Ｏ ５Ｏ —◆一短纤维增强—－一长纤维增强 玻璃纤维含量／％ 图４不同比例纤维含量增强ＰＰ热变形温度变化
塑性塑料更优异的热性能。
３结论
（１） 利用自主研发的浸渍模头成功制备出了料
粒长度为１２ ｍｍ的长玻璃纤维增强ＰＰ材料，纤维分布
均匀，浸渍充分。 （２） 长玻璃纤维与短玻璃纤维增强ＰＰ的热变形
温度都随着玻璃纤维含量的增加而增加。
（３） 相同玻璃纤维含量的长纤维增强ＰＰＬ￣，短纤
维增强ＰＰ的热变形温度要高。
（下转第２１页）
《玻璃纤维》２０１１年第１期 １１ ∞∞弱∞ ∞ ∞ ∞如加∞∞∞∞加
０ 宋长久，等：采用真空成型法评价缠绕用玻璃纤维的性能
度测试来表征玻璃纤维在热固性缠绕管道应用中的
力学性能，并应用在缠绕用玻璃纤维的浸润剂开发 以及质量控制当中。
（２） 通过环向应力测试可以对玻璃纤维性能以
及纤维和树脂结合能力进行表征，并应用于采用单
螺旋缠绕的玻璃钢压力容器的设计当中。
参考文献：
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（Ｇ１ａｓｓ—Ｆｉｂｅｒ—Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｎ）Ｐｉｐｅ ａｎｄ Ｔｕｂｅ［Ｓ］．
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Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｉｓ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ’（Ｇｌａｓｓ—Ｆｉｂｅｒ—Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｎ）Ｐｉｐｅ ａｎｄ Ｆｉｔｔｉｎｇ［Ｓ］．
［６］Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉ ｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉ ｚａｔｉｏｎ．
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Ｐａｒｔ ５：ＷｅＳｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｆｉｂｒｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｓ］．
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［１０］全国玻璃纤维标准化技术委员会．ＪＣ ５５２—１９９４：纤维缠绕增
强热固性树脂压力管［ｓ］．嗣
（上接第８页） 水煮泡２４ ｈ，８ Ａ配方的玻璃纤维失重为２．６２％，９Ａ 配方的玻璃纤维失重为２．４５％，而Ｅ玻纤失重为２．７２％。
显然，８ Ａ、９ Ａ配方玻璃纤维的耐酸性和耐水性均
优于通用Ｅ玻纤。
３结论
经过优化设计的ＨＭＥ玻璃纤维的浸胶纱束拉伸模 量高于普通“Ｅ”玻纤纱，达到了９０ ＧＰａ以上，且耐 酸、耐水等化学稳定性也优于Ｅ玻纤。不仅满足了 力发电叶片增强纤维材料的技术指标要求，而且还
可以作为高性能（高强度要求、高模量要求、防腐
要求）复合材料的理想增强材料。
参考文献
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王玉梅，等，编译．北京：中国标准出版社，２００８．固
（上接第１１页） （４） 在高温环境下，长纤维增强ＰＰ的强度高于
短玻璃纤维增强ＰＰ的强度。
参考文献
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《玻璃纤维》２０１１年第１期
２１