聚烯烴熱熔膠在連續纖維增強復合材料中的應用研究

孔 超，杜 壯，唐舫成，汪加勝

（廣州鹿山新材料股份有限公司，廣東 廣州 510530）

連續纖維是一類連續的高強度纖維，常用的是玻璃纖維、碳纖維、聚酰胺纖維和聚酯纖維等，具有強度較高、韌性較好以及絕緣耐熱等優異性能，已用于航空航天、汽車、服裝和軍工等多個方面[1，2]。聚烯烴熱熔膠以熱塑性樹脂為基體，經多組分復配而成，對各種材料包括一些非極性材料都有良好的濕潤性和較高的粘接強度[3]；同時作為一種環保材料，又具有加工性能優異、操作方便等特點，已廣泛用于復合建材、服裝、家電、紡織、汽車和軍工工業等領域，提高了高速連續化生產線的生產效率。聚烯烴熱熔膠復合連續纖維作為一種增強材料是當前較熱門的研究領域，已在復合管材、復合片材等領域開始應用[4]。鹿山?聚烯烴熱熔膠（EP230）采用熔融反應擠出接枝技術，以PE、POE和EPR等聚烯烴樹脂為基體樹脂進行反應擠出，在反應擠出過程中引入馬來酸酐、丙烯酸和馬來酸二乙酯等極性單體，增加了對連續纖維的粘接效果[5]。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

鹿山?聚烯烴熱熔膠（EP230），廣州鹿山新材料股份有限公司；連續玻璃纖維布，贛州廣建玻纖有限公司；連續聚酯纖維布，杭州帛燦紡織有限公司；連續聚酰胺纖維布，東莞市源昌盛紡織品有限公司；連續玻璃纖維繩，陜西華特玻纖材料集團有限公司；連續聚酯纖維繩，東莞市深源線業有限公司；連續聚酰胺纖維繩，上海躍勇繩纜有限公司。

1.2 儀器與設備

CMT4104型電子萬能試驗機，美斯特工業系統（中國）有限公司；XLB-25T型平板硫化機， 廣州飛力橡膠設備有限公司；Primotech MAT型正置式電子顯微鏡，卡爾蔡司股份有限公司；連續纖維繩掛膠機，四川金石東方新材料設備股份有限公司；

1.3 試驗制備

1.3.1 EP230/連續纖維復合結構的制備

（1）將連續玻璃纖維布、連續聚酯纖維布和連續聚酰胺纖維布裁剪成100 mm×30 mm（長×寬）的樣條。

（2）用平板硫化機將EP230壓合成2 mm的厚板，同時把板材裁剪成和連續纖維同樣規格的樣條。

（3）在200℃平板硫化機上預熱EP230基材，基材熔融后貼到連續纖維布上，在200℃、0.5 MPa壓力下復合30 s，取下樣品冷卻至室溫。

（4）將復合好的樣品裁剪成25 mm寬的樣條。具體操作如圖1所示。

圖1 聚烯烴熱熔膠/連續纖維復合結構的制備過程Fig.1 Preparation process of composite specimen of continuous fibers bonded with polyolefin hot melt adhesive

1.3.2 連續纖維浸漬繩的制備

將連續纖維繩掛膠機的工藝溫度設定為機身220℃、 模頭230℃和掛膠速度8 m/min，按此工藝條件分別制備出不同材料的連續纖維浸漬繩。

1.4 性能測試

（ 1）剝 離 強 度： 按 照GB/T 2790—1995《膠粘劑180°剝離強度試驗方法撓性材料對剛性材料》標準，采用電子萬能試驗機進行測試。

（2）界面粘合效果：采用正置式電子顯微鏡進行觀察（分別放大50倍，200倍）。

（3）拉伸強度：按照GB/T 7689.5—2013《增強材料機織物試驗方法第5部分：玻璃纖維拉伸斷裂強力和斷裂伸長的測定》標準，采用電子萬能試驗機進行測試。

2 結果與討論

2.1 剝離強度

EP230與玻璃纖維、聚酯纖維和聚酰胺纖維等材質的剝離強度如表1所示。

表1 EP230/不同連續纖維復合結構的剝離強度Tab.1 Peeling strength of EP230/different continuous fiber composite materials

由表1可知：EP230對不同連續纖維材料均能形成良好的粘接，應用范圍較廣。85 ℃條件下測試高溫剝離也有較高剝離強度，說明該復合結構能應用于高溫環境。

不同復合結構剝離強度存在差異主要有2方面的原因：①被粘材質不同導致剝離強度的差異；②不同連續纖維基材的表面致密程度不同導致EP230的濕潤程度不同。

2.2 界面黏合效果

EP230/不同連續纖維的界面黏合效果如圖2所示。由圖2可知：粘接界面呈現基材破壞和內聚破壞2種黏合效果。EP230/連續玻璃纖維和EP230/連續聚酰胺纖維屬于基材破壞，EP230/連續聚酯纖維屬于內聚破壞。

將EP230/連續玻璃纖維復合結構沿粘接面剖開，通過電子顯微鏡觀察界面黏合效果，如圖3所示。由圖3可以觀察到EP230已經完全濕潤到連續纖維中，并且有連續貫穿的特征，說明聚烯烴熱熔膠與連續纖維材料粘接界面效果較優異。

圖2 EP230/不同連續纖維復合結構的界面效果Fig.2 Interface effect of EP230/different continuous fiber composite materials

圖3 EP230/連續玻璃纖維復合結構界面的電子顯微鏡照片Fig.3 Electron microscopy pictures of EP230/continuous glass fiber composite material interface

2.3 拉伸強度

通過測試連續纖維繩和浸漬EP230后連續纖維繩的拉伸強度，進一步驗證EP230對連續纖維材料的性能提高情況，結果如表2所示。由表2可知：EP230浸漬連續纖維材料后，拉伸強度提升了40%以上，說明EP230對連續纖維復合材料的力學性能得到明顯改善。

表2 連續纖維浸漬繩和連續纖維繩拉伸強度的測試結果Tab.2 Tensile strength results of impregnated continuous fiber ropes and pure continuous fiber ropes

3 結論

（1）EP230與不同連續纖維材料復合后，剝離強度提高，粘接效果理想，說明EP230可用于連續纖維增強復合材料的粘接。

（2）EP230浸漬連續纖維后，拉伸性能提高40%以上，有效改善了連續纖維增強復合材料的力學性能。