玻纖增強SAN材料力學性能的影響因素

梁賜禾

摘 要：本文將針對玻纖增強SAN樹脂的力學性能進行分析，并且著重討論影響其的主要因素。據相關資料表明，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合強度，繼而有利于提升材料的力學性能。除此之外，使用潤滑劑也可以對材料力學性能帶來正面效應，且當潤滑劑劑量在0.2%的時候材料性能達到最佳。而關于更多的影響SAN樹脂材料力學性能的因素也將得到更為詳細的闡述。

關鍵詞：玻纖；SAN材料；力學性能；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優勢，特別是在拉升程度、彎曲強度、硬度、以及尺寸穩定性等方面表現優異。

一、SMA相容劑量對符合材料力學性能的影響

通過相關資料顯示，玻纖增強SAN符合材料的力學性能受到相容劑SMA含量的差異影響，當加入相容劑SMA的時候，在復合材料的彎曲強度、拉伸強度上則有明顯的提升。在進一步的實驗中，相容劑SMA劑量為3%的時候，拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度的數值分別達到117.2MPa、140.3MPa和5.7kJ/m2時，綜合力學性能最佳。而尚未添加相容劑SMA的時候，力學性能則會相對下降22.8%、12.8%、11.8%[1]。因此，筆者認為在沒有添加SMA相容劑的時候，玻纖增強SAN的力學性能較差，其原因主要是由于SAN數值與玻纖的結合能力弱所導致的，在受到作用力的時候，SAN無法將應力傳遞到玻纖，因此，復合材料對力學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，且相容性好，能夠增加界面的結合力，促使基體樹脂受到應力的時候可以將其傳遞到玻纖表層進行分散，從而提升了復合材料的使用性能。

二、潤滑劑量對復合材料性能的影響

潤滑劑的含量高低也會對復合材料力學性能產生影響，當潤滑劑含量增加的時候，復合材料的拉伸強度、沖擊強度則表現出先上升，后降低的趨勢，而彎曲強度則是遞減的趨勢。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，則會難以均勻的將玻纖分散在樹脂中，復合材料的力學性能也會隨之減弱。因此，筆者認為潤滑劑的含量才是關鍵性問題。即當潤滑劑含量控制在0.2%的時候，復合材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊力強度分別可以達到117.2MPa、140.3MPa和5.7kJ/m2。除此之外，我們也關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反應。為了實現性能與成本的最佳經濟平衡點，在考慮實際因素的時候更應該關注潤滑劑的用量。

三、玻纖單絲直徑對復合材料性能的影響

玻璃纖維的單絲直徑會影響玻纖增強材料的性能，本文也針對不同的單絲直徑進行了對比分析，從而深入的探究其對玻纖增強材料力學性能的影響。具體而言，筆者針對直徑為17μm、14μm和13μm的玻纖直徑進行了拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度的對比分析，具體數據如下表所示。當纖維的直徑增加的時候，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，當復合材料受到較大的外力作用時，應力會直接傳遞到玻纖，而玻纖的薄弱點則是導致材料受到破壞，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，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，兩者的界面結合度降低，玻纖增強效果也大不如前。因此，筆者認為玻纖直徑也是影響增強SAN材料力學性能的重要因素。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，優先選擇14μm的玻纖增強材料更符合實際需求。

四、玻纖含量對復合材料性能的影響

在研究中，我們得知玻纖含量會對玻纖增強 SAN 材料力學性能的影響。具體而言，隨著玻纖含量的增加，玻纖增強材料的彎曲低強度和拉伸強度均有所提升，但是當玻纖含量達到20%之后則發生了逆轉，即強度在這個節點之后提升的幅度較為平緩。從原因上分析，強度的提升主要是因為更多玻纖的加入，而提升幅度變緩更多是由于玻纖分散困難導致的。在玻纖加工的過程中斷裂程度增家、玻纖的長度則會降低，此時也會導致整體性能提升的速率變緩。而沖擊強度的變化則反應為先增加后減少，當玻纖含量達到20%的時候，沖擊強度也會達到最大值[4]。而繼續提升玻纖含量時，沖擊強度并不會出現緩慢的上升，而是轉為下降。究其原因，當玻纖含量過多的時候，制備過程也會對設備操作造成損害，生產成本增加。因此，筆者認為控制玻纖含量，能夠更好的展示、應用增強SAN材料的力學性能，并且有助于控制成本。從具體的強度數值上看，其變化情況如圖1所示，左圖為拉伸強度和彎曲強度的變化情況，右圖則為沖擊強度的變化趨勢。

五、主機螺桿轉速對復合材料性能的影響

通過分析，主機螺桿轉速的變化對玻纖增強SAN 材料力學性能的影響較小。在具體的實驗分析中，主機螺旋桿的轉速主要的范圍在200～260rpm之間，則增強SAN材料的拉伸強度的區間則在115.2和 117.8 MPa之間；彎曲強度的區間則在36.2和141.5 MPa之間。當螺旋桿轉速提升之后，玻纖增強SAN材料的沖擊強度將表現為下降趨勢，當轉速達到最高值260rpm的時候，沖擊強度則會降至5.6 kJ/m2，在高轉速的影響下，物料的停留時間越來越少，玻纖也難以實現均勻的分散。在這樣的環境背景下，其沖擊強度必然受到影響，在結合生產效率的同時，將轉速控制在240rpm的時候效果最佳，具體實驗數據如下表所示。

結束語：通過本次調研分析，在結合專家學者的研究基礎上，筆者認為玻纖增強SAN材料力學性能的影響因素有很多，包括相容劑SMA，潤滑劑、單絲直徑、玻纖含量以及主機螺桿轉速。具體而言，相容劑可以提升SAN樹脂與玻纖之間的相容性，并且當相容劑劑量為3%的時候效果最好。而潤滑劑含量控制在0.2%的時候，彎曲強度達到最高，能夠針對玻纖在SAN樹脂的均勻分布問題進行改善。與此同時，單絲直徑在14μm的時候是增強效果和成本的最佳結合點，可以在實際應用的過程中優先選擇。除此之外，玻纖含量為20%的時候其沖擊強度達到最優，最后則是主機螺桿轉速可控制在240rpm，此時對玻纖增強SAN材料力學的影響程度最小。

參考文獻

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

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

（作者單位：廣東特發信息光纜有限公司）