张志坚，章建忠，陆建明

( 巨石玻璃纤维研究院，浙江省玻璃纤维研究重点实验室，巨石集团有限公司，浙江桐乡 314500)

摘要：通过对常规增强聚碳酸酯（PC）用玻璃纤维（GF）短切原丝510 浸润剂配方进行优化，开发新型GF 短切原丝产品510H，将其用于增强PC，制得PC／GF 复合材料。通过力学性能测试及扫描电子显微镜分析表明，GF 短切原丝510 增强PC 复合材料的拉伸强度以及弯曲强度明显提高；且GF 短切原丝510H 增强PC 的复合材料冲击强度具有极大优势。不同浸润剂处理的GF 短切原丝增强PC 的复合材料显现出不同的增强增韧效果，满足了不同领域的应用需求，进一步拓宽了GF 增强PC 复合材料的应用领域。

关键词：玻璃纤维；短切原丝；聚碳酸酯；力学性能

中图分类号：TQ343 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2013)11-0039-03

Study on the Glass Fiber Chopped Strands Reinforced PC Composite

Zhang Zhijian， Zhang Jianzhong， Lu Jianming

(Jushi Fiberglass Research Institute， Zhejiang Key Laboratory for Fiberglass Research， Jushi Group Co. Ltd.， Tongxiang 314500， China)

Abstract ：By optimizing the formula of sizing agent for glass fi ber(GF) chopped strands 510 used as normally reinforcing polycarbonate(PC), the new type GF chopped strands product 510H was developed. The strands were used to reinforce PC and PC／GF composites were prepared. The mechanical properties and SEM tests show that PC／GF composite reinforced by chopped strands 510 has good tensile strength and fl exural strength ； the PC／GF composite reinforced by chopped strands 510H has excellent impact strength. Therefore，the applications of PC／GF composites are extended because of different mechanical properties.

Keywords ：glass fi ber ； chopped strand ； polycarbonate ； mechanical property

聚碳酸酯(PC) 是分子链中含有碳酸酯基化合物的总称，通常可以根据其基团的不同分为脂肪族、脂肪族– 芳香族和芳香族等PC，且以双酚A 型PC为主。PC 的熔融温度为280～310℃，热分解温度大于400℃，透明且冲击性能非常优异。由于PC 结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。

PC 是一种综合性能优越的工程塑料，具有优异的冲击性能、尺寸稳定，在电气行业、电器照明、建材行业、汽车制造工业、医疗器械、航空航天等领域具有广泛的应用。但同时PC 也存在严重的缺点，如加工性能差、容易应力开裂、材料力学性能差、耐磨性欠佳、耐化学药品性差等，因此需要对PC 进行改性以弥补其性能上的不足，实现高性能、低成本的目的，进一步拓宽了PC 的应用领域。PC 的改性主要途径有：PC 与其它聚合物共混；用无机材料改性等。作为PC 的增强材料有：玻璃纤维(GF)、碳纤维、滑石、云母等。而GF 短切原丝增强PC 是目前比较普遍使用的方法。将GF 表面进行处理，然后加入到PC 基体树脂中，复合材料的拉伸强度、弯曲强度有明显的提高，但一般情况下其冲击性能则急剧下降，该问题成为制约GF 增强PC 材料进一步发展的瓶颈。

笔者通过对GF 短切原丝表面进行不同的浸润剂处理，开发出与常规GF 短切原丝产品截然不同的GF 产品，使得PC／GF 复合材料的冲击强度大幅度提高，满足材料不同应用领域的需求。

1 实验部分

1．1 原材料

PC ：L–1250Y，日本帝人株式会社；GF 短切原丝510 ：单纤维直径13 μm，短切长

度4.5 mm，巨石集团有限公司；GF 短切原丝510H ：单纤维直径13 μm，短切长度4.5 mm，巨石集团有限公司。

1．2 仪器和设备

双螺杆挤出机：ZE25 型，德国Berstoff 公司；注塑机：S–2000i100A 型，日本FANUC 公司；万能材料试验机：Z050 型，德国Zwick 公司；冲击试验机：6956.000 型，意大利Ceast 公司；扫描电子显微镜(SEM) ：KYKY–EM3200，北京中科科仪有限公司。

1．3　试样制备

(1) GF 短切原丝的制备。

分别按照两种不同的浸润剂配方510 和510H(510H 浸润剂配方是在510 配方的基础上引入了丙烯酸酯类增韧剂组分) 配置浸润剂，经拉丝、短切、烘干得到510，510H 两种短切原丝，作为实验材料。

(2) PC 挤出注塑成型。

将PC 粒料、短切原丝510 或510H，按照一定比例分别通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后用注塑机注射成试样，按照要求测试力学性能等[4]。试样具体制备工艺条件见表1。

表1 PC 试样制备工艺条件

项目	数值
挤出温度／℃	240～275
注射温度／℃	270～300
注塑压力／MPa	85
注射速度／(mm	90
注射螺杆转速／(r	45~50
模具温度／℃	100

1．4　性能测试

拉伸强度按ISO 527–1993 测试；

弯曲强度按ISO 178–1993 测试；

简支梁冲击强度按ISO 179–1993 测试；

SEM 分析：将冲击试样断面经真空喷金后，用SEM 观察其微观形态并拍照。

2　结果与讨论

2．1　GF 短切原丝510／510H 增强PC 复合材料的力学性能

经过表面处理的GF 增强PC 可显著提高复合材料的性能。实验设计挤出时GF 短切原丝的质量分数为10%。

表2 为纯PC 以及510，510H 增强PC 复合材料的力学性能测试结果。图1 为纯PC 及510，510H 增强PC 复合材料的力学性能对比。

从表2 可看出，未加GF 的纯PC 材料的拉伸强度为59.9 MPa，弯曲强度为95.4 MPa，冲击强度为306.2 kJ／m2 ；而加入GF 短切 原 丝 510 后， PC 的性能明显改变，拉伸强度提高了约28%，弯曲强度提高了约33%，增强效果非常理想；但是复合材料的冲击强度下降超过73.2%，只有82.1 kJ／m2 ；加入GF 短切原丝510H 后，PC／GF 复合材料的拉伸强度和弯曲强度虽略差于GF 短切原丝510 增强PC，但其冲击强度达到168.2 kJ／m2，与常规的GF短切原丝510 相比，其冲击性能大幅提高，较GF 短切原丝510 增强PC 增长了一倍多。从图1 对比中可以清楚地看到，经过不同浸润剂体系处理的GF短切原丝510 和510H，其增强PC 复合材料的力学性能存在不同的效果。GF 短切原丝510H 增强PC复合材料的冲击性能具有明显的优势。

表2　纯PC 以及510，510H 增强PC 复合材料的力学性能

项目	试样
	纯PC	PC／510H	PC／510
拉伸强度／MPa	59.9	64.3	76.4
拉伸弹性模量／GPa	2.1	2.9	3.4
弯曲强度／MPa	95.4	112.8	126.6
弯曲弹性模量／GPa	2.3	3.0	3.7
冲击强度／(kJ	·	m–2)	306.2

2．2  GF 短切原丝增强PC 复合材料SEM 分析

图2 为510 及510H 增强PC 复合材料的SEM照片。从图2 可以看到，510 及510H 增强PC 树脂中，GF 和树脂界面结合存在较明显的差异。从图2a 和图2b 可以看到，GF 表面被树脂包覆明显，交联程度非常大，说明GF 和PC 发生交联反应，两者完全结合。纯PC 材料是一种刚性差韧性好的材料，即其拉伸强度低、冲击性能高。当加入GF 短切原丝510 后，PC 树脂和GF 发生交联反应并界面结合，使得PC／GF 复合材料的拉伸强度大幅度提高，但正是由于和GF 的结合，也使复合材料的脆性凸显，冲击强度急剧下降。但当加入GF短切原丝510H后，PC 树脂和GF 的结合出现了完全不一样的现象，从图2c，图2d 中可以看到，虽然GF 在PC 基体树脂中同样分散均匀，但是GF 表面和树脂的结合明显减弱。合理的控制GF 短切原丝与PC 树脂的界面结合程度，做到在增强PC 材料拉伸强度的同时，尽可能地保留PC 树脂原本的韧性和冲击强度，使得PC／GF 复合材料的综合性能得到进一步的提高。

3 结论

(1) 使用质量分数为10% 的两种GF 短切原丝增强PC，对复合材料力学性能进行对比可知，510增强PC 的拉伸强度和弯曲强度较高，510H 增强PC 复合材料的冲击性能有明显优势。

(2) 通过对PC／GF 复合材料的SEM 分析表明，510 和510H 在PC 基体树脂中都有较好的分散性，但是GF 和树脂的结合存在明显的差异：GF 短切原丝510 和PC 树脂结合明显，其复合材料强度高；而GF 短切原丝510H 则和PC 树脂交联程度较低，复合材料冲击性能优异。因而510 及510H 可满足材料不同应用领域的需求。

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