人类高质量增强塑料必须具备的六种品质
发布时间：2022-02-19
在改性材料的大家族中，增强塑料是需求量最大、强度要求最高的材料之一。
人们最熟悉的增强改性塑料最早的品种叫“玻璃钢”,“玻璃钢”是以玻璃纤维为主增强材料，基体为热固性树脂的塑料制品。
20 世纪 60 年代以后，几乎所有热塑性树脂都可以加入纤维增强材料，在一定温度和机械剪切力作用下重新熔融，或进行各种工艺的热成型加工，实现纤维增强的改性。
增强塑料定义：凡通过添加增强材料，包括纤维状增强材料，或片状填充料，或金属粉末等，与高物树脂进行共混、共聚以及工艺的变革手段，使其力学性能得到显著提高的改性方法，均称之为增强改性塑料，即通常所说的纤维增强塑料，也称为纤维增强聚合物或纤维增强复合材料（FRP）。
常见的 FRP 包括玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）、芳纶纤维增强塑料（AFRP）。
一、增强改性塑料的类型可分为以下几类：
1、按基体材料划分
按基体材料划分可分为纤维增强热固性塑料（FRP）和纤维增强热塑性塑料（RTP）两种。
2、按增强材料划分
按纤维的排列方式可分为单向纤维、双向纤维与二同纤维增强塑料；按纤维的形态可分为连续（无限长）纤维、长纤维、短纤维与磨碎纤维增强塑料；按纤维的种类可分为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、金属纤维等纤维增强塑料，如 GFRP、CFRTP、CFRP、CFRTP 等。
3、按复合方式划分
按复合方式划分可分为预混复合、浸渍复合、层叠复合、骨架复合等。
广义地说，增强改性应属于填充改性的范畴，也就是高分子树脂与增强性填料相结合而提高力学强度的一种有机复合材料。增强材料与填充材料往往是很相似的。两者的区别是增强材料能大大提高塑料的拉伸强度和弯曲强度，而填充材料则不具备这些性能。
二、增强改性塑料的特点
玻璃纤维增强的热塑性塑料是在热固性增强塑料的基础上发展起来的，具有质轻和较高的比强度，良好的耐热性能和电绝缘性能，优秀的减振、抗疲劳特性，独特的耐腐蚀性及工艺简单、易操作的成型加工性能，所以应用日益广泛。
随着航空航天等尖端科学技术的发展，用碳纤维、硼纤维、晶须等增强的高强度、高模量、耐高温的增强材料的发展也十分迅速。
1、比强度高
按单位质量来计算的强度称为比强度。纤维增强塑料的比强度可以超过金属的最高比强度，除铝合金外，增强塑料的比强度已超过了高级合金钢。
所以纤维增强的热塑性增强塑料是一类质轻高强度的新型工程结构材料，它在飞机、火箭、导弹以及其他要求减轻重量的运载工具方面具有极为重要的意义。
2、抗疲劳性能好及抗冲击强度高
增强塑料的强度和刚性随纤维含量的增加而增高，而断裂伸长率则降低，因而抗蠕变性能有明显的改善。疲劳破坏是材料在交替动态载荷条件下，由于微观裂缝的形成和扩展而造成的低应力破坏。金属材料的疲劳破坏是由里向外突然发作，事先无征兆；玻璃纤维增强塑料的疲劳破坏总是从材料的薄弱环节开始，逐步扩展，破坏前有明显征兆。
增强改性塑料的冲击强度取决于本体高分子树脂的抗冲击性能。若本体高分子树脂为脆性，则增强后的冲击强度能成倍提高；若本体高分子树脂为韧性，则增强后的冲击强度或不变，或有所下降。
3、良好的热性能
塑料的热性能主要是指树脂的耐热温度和耐低温温度。耐热温度可用热变形温度、马丁耐热温度及维卡软化温度表示；耐低温温度一般可用脆化温度表示。
未增强的热塑性塑料的耐热性能不好，其热变形温度比较低，一般只在 50-100 ℃ 以下使用，这是塑料的一大缺点。但通过增强改性的塑料的热变形温度则显著提高，其产品可在 100-150 ℃ 长期使用。例如 PA6 未增强前其热变形温度在 50-80 ℃，而增强之后的PA6的热变形温度可提高到 180 ℃，有的增强塑料的热变形温度甚至可达 300 ℃ 以上。
增强塑料不仅提高了耐热性能，而且也大大改善了耐低温性能。例如聚丙烯的低温性能比较差，在 -25 ℃时产品变脆，在 -35 ℃时制品完全脆化不能使用。若在增强聚丙烯中添加 5% 的热塑性弹性体或橡胶弹性体则可改善聚丙烯的耐低温性能。
由于高强度纤维增强的热塑性塑料，在提高了耐高、低温度的同时，也降低了热导率和线胀系数，因而减小了制品的成型收缩率，为提高产品的尺寸精度提供了有利条件。
4、电性能良好
由于高分子树脂的结构特点，塑料具有良好的电绝缘性能。且在低频低压下与电场发生相互作用的几率很少，就是在高频高压下，也有部分塑料品种仍具有良好的介电性能。由于玻璃纤维也是良好的电绝缘体，所以 FRTP 的电绝缘性能优异，在高频下持良好的介电性能，成为工业电机与电器使用的主要绝缘材料。
具有导电性的纤维如碳纤维（石墨纤维）、金属纤维等，可以降低增强材料的常数和损耗因子，提高介电强度和耐电弧性，便增强塑料成为一种理想的抗静电和材料。当增强材料作为抗静电材料应用时，其体积电阻率在 107-1010 Ω·cm 范围内；如果其体积电阻率在 104-106 Ω·cm 范围，增强材料可作为导电塑料应用，其导电性能接近铜、铋等金属的导电水平；如果其体积电阻率在 102-104 Ω·cm 范围，则可达到电磁屏蔽的目的。
为了有利于导电通道的形成，在加工与成型过程中除应确保纤维的良好分散外，应使纤维保持尽可能高的长径比。
5、耐化学腐蚀性好
树脂的化学性能，主要指的是因化学反应对材料性能的影响，即耐化学反应性能通常高分子树脂都具有较好的化学稳定性，如氟塑料、聚苯硫醚、氯化聚醚、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，号称“塑料王”的聚四氟乙烯甚至能耐“王水”等极强的腐性介质的腐蚀。而加入增强材料的增强塑料，具有更优良的耐化学性能。
正如玻璃纤维本身对一般化学药品显惰性，除强酸、强碱外，玻璃纤维增强塑料的耐化学稳定性能是优异的。但是不同的塑料和增强材料品种，其化学性能也不一样，如玻璃纤维、碳纤维或石棉纤维等不同品种，其强度和耐蚀性也会有所不同。对一般塑料而言，品种不同，其强度和耐化学性能也不同，如 PA 耐碱而不耐酸，PPO 耐高温耐水蒸气，而不耐苯、二甲苯等有机溶剂，POM 耐水耐有机溶剂而不耐强酸等。
增强塑料对酸、碱、盐溶液，水蒸气及有机溶剂的稳定性超过了许多金属及其合金材料，被广泛地用作防腐材料，如管道、管件、贮槽、门、泵等化工设备零件，以代替不锈钢制品。
6、优良的成型加工性能
一般塑料材料具有优良的成型加工性能，如良好的流动性、模塑性、挤压性、延展性等，可用多种成型加工技术生产出高尖端产品。FRTP 与一般热塑性塑料一样，同样可以采用注射成型、挤出成型、压制成型、层压成型等加工方法成型，不需特殊的成型设备。
FRTP 的熔融流动性与增强纤维的含量有直接关系，随着增强纤维含量的增加而流动性能降低。但即使如此，以目前的塑料成型设备和工艺条件而言，对 FRTP 的成型加工是不成问题的。增强改性塑料克服与弥补了通常热塑性塑料的某些缺点，如耐热性差、易蠕变等现象，随着塑料改性技术的不断发展和共混、填充、增强工艺的开拓，必将大大扩展改性塑料的应用领域。
转自——网络