PVC的增強(qiáng)改性可采用納米粒子復(fù)合、晶須復(fù)合和纖維復(fù)合(包括石棉纖維、有機(jī)聚合物纖維及其織物、碳纖維、硼纖維等)等技術(shù)手段，本節(jié)以玻璃纖維為例介紹pvc的增強(qiáng)改性。
PVC經(jīng)玻纖增強(qiáng)改性后，其強(qiáng)度、剛度、模量、抗疲勞性、耐蠕變、耐化學(xué)腐蝕和耐熱性都有較大程度的提高，可加工成水管、電纜、波紋板、冷卻塔及水箱等制品，還可以制成粒料來生產(chǎn)各種注射件，應(yīng)用廣泛。
采用合適的復(fù)合工藝技術(shù)是獲得新型玻璃纖維增強(qiáng)聚氯乙烯的前提和基礎(chǔ)。文獻(xiàn)及專利上發(fā)表的GF/PVC復(fù)合材料主要制備工藝可分為熔融法、溶液浸漬法、流化床法、抄紙法及水懸浮法等。
(1)熔融法 先將PVC與其它助劑進(jìn)行高速混合，然后再與玻璃纖維熔融混煉制成用于模壓或注射成型的粒料或片材，該方法一般用于生產(chǎn)短纖維增強(qiáng)PVC復(fù)合材料。但是，在混煉過程中增強(qiáng)纖維會(huì)受到損傷，且由于樹脂熔體黏度太大，纖維含量很難提高，不僅難以獲得充分的增強(qiáng)效果，而且材料的疲勞性能、蠕變性能等耐久性能得不到明顯提高。采用熔融法也可生產(chǎn)連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)PVC復(fù)合材料，最常用的工藝是將連續(xù)纖維束通過擠出機(jī)的出料口被熔融的PVC包覆。由于PVC的熔體黏度太大，難以滲透到纖維束的芯部，所以材料的性能也難以得到顯著的提高。
(2)溶液浸漬法 將PVC及其助劑用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑配制成溶液，然后將玻璃纖維束在溶液中浸漬，烘干除去溶劑后再壓片或切粒，用于模壓或注射成型。該方法由于存在有毒有機(jī)溶劑揮發(fā)的問題，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，并且由于受PVC在溶劑中溶解的限制，PVC溶液的濃度不可能很高，因而所制備的GF/PVC復(fù)合材料中樹脂含量偏低。即使PVC溶液的濃度可以提高，也由于溶液黏度過大，使得纖維束在浸漬過程中不易開纖，樹脂難以滲入纖維束包覆芯部的纖維，使得材料性能不能顯著提高。
(3)流化床法 將PV3及其助劑用高速混合機(jī)混合，然后在流化床里用空氣流化并與玻璃纖維束混合，再經(jīng)熱輥熱壓并制成片狀或粒料以備模壓或注射成型。該方法在生產(chǎn)過程中玻璃纖維損傷小，而勝玻璃纖維長(zhǎng)度可隨意調(diào)節(jié)，既可生產(chǎn)短纖維增強(qiáng)PVC，亦可生產(chǎn)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)PVC復(fù)合材料。但對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求嚴(yán)格，制造成本高，并由于空中粉塵飛揚(yáng)而造成生產(chǎn)環(huán)境惡劣。
(4)抄紙法 用高速攪拌器將PVC、水、各種助劑及玻璃纖維制成“漿料”，然后黏附到金屬網(wǎng)上，經(jīng)脫水、烘干、熱壓，制成片材以備模壓成型。該方法只適合于制備短纖維增強(qiáng)PVC復(fù)合材料，而且需添加較多的助劑，有些助劑會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生不良的影響。如果混合體系攪拌不均勻或玻璃纖維開纖不好，則會(huì)影響其上網(wǎng)的均勻性，從而影響復(fù)合材料的性能。同時(shí)制備的復(fù)合材料片材只適合進(jìn)行模壓成型，不能用于注射成型加工。
(5)水懸浮法 將玻璃纖維經(jīng)表面處理劑處理后，再經(jīng)含有PVC樹脂的懸浮液預(yù)浸然后烘干脫水，雙輥熱壓成無緯帶，再切粒或裁布以便模壓或注射成復(fù)合材料成品。該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，環(huán)境污染少，纖維損傷少，還可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要大幅度調(diào)整材料中的纖維含量及長(zhǎng)度。但在生產(chǎn)過程中應(yīng)注意選用合適的增塑體系。
玻璃纖維增強(qiáng)PVC的強(qiáng)度特性在很大程度上取決于玻璃纖維與PVC基體界面的結(jié)合情況。玻璃纖維采用不同的表面處理方法會(huì)達(dá)到不同的改性效果，且差異較大。以硅烷偶聯(lián)劑為例，通過硅烷偶聯(lián)劑來提高樹脂與纖維的界面粘接強(qiáng)度受一系列復(fù)雜因素的影響，包括界面能吸附、極性吸附、酸堿相互作用、形成互穿網(wǎng)絡(luò)及發(fā)生共價(jià)鍵反應(yīng)等，所以必須考慮界面兩邊的組分對(duì)硅烷偶聯(lián)劑的敏感度。
下表為玻璃纖維表面處理劑對(duì)GF/PVC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
|
GF/PVC復(fù)合材料
|
干態(tài)拉伸強(qiáng)度
|
濕態(tài)拉伸強(qiáng)度
|
|
未處理GF體系
|
72.8
|
42.0
|
|
KH560處理GF體系
|
76.3
|
49.0
|
|
KH560處理GF體系
|
93.1
|
73.5
|
|
KH560處理GF體系(PVA界面調(diào)節(jié)劑)
|
91.0
|
42.0
|
|
KH560處理GF體系(GEO界面調(diào)節(jié)劑)
|
128.8
|
93.8
|
下表為硅烷偶聯(lián)劑類型對(duì)增強(qiáng)材料力學(xué)性能的影響
|
玻璃纖維含量/%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))
|
性能指標(biāo)
|
硅烷偶聯(lián)劑類型
|
|||
|
A
|
B
|
C
|
D
|
||
|
0
|
拉伸強(qiáng)度/MPa
缺口沖擊強(qiáng)度/(KJ/m2)
|
52.4
2.80
|
|||
|
20
|
拉伸強(qiáng)度/MPa
缺口沖擊強(qiáng)度/(KJ/m2)
|
46.5
2.92
|
60.5
4.78
|
80.9
5.23
|
68.3
3.83
|
|
30
|
拉伸強(qiáng)度/MPa
缺口沖擊強(qiáng)度/(KJ/m2)
|
73.8
3.78
|
43.4
4.01
|
90.3
8.34
|
81.8
4.83
|
偶聯(lián)劑的添加量可經(jīng)過適當(dāng)?shù)挠?jì)算，并最終由實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定。 玻璃纖維含量對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能也有較大影響，隨著玻璃纖維含量的增加，復(fù)合材料的某些性能逐步提高。
玻璃纖維填充增強(qiáng)復(fù)合材料的性能還與復(fù)合材料中玻纖的實(shí)際長(zhǎng)度有關(guān)，因此在復(fù)合材料成型加工過程中，我們必須注意加工工藝條件對(duì)玻纖的影響。
采用長(zhǎng)度為5~10mm的短切玻璃纖維制備玻璃纖維增強(qiáng)PVC復(fù)合材料，采用適當(dāng)?shù)墓に嚺浞胶图庸すに嚄l件時(shí)，復(fù)合材料中玻璃纖維的長(zhǎng)度介于0.18~0.64mm之間，復(fù)合材料的性能優(yōu)良。當(dāng)玻璃纖維用量為30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，玻纖增強(qiáng)PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為110MPa ,彎曲強(qiáng)度為190 MPa，為一般剛性聚氯乙烯(RPVC)的兩倍;拉伸模量為8.8GPa ,彎曲模量為8.9GPa ，為RPVC的3倍;懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為140J/m，約為RPVC的4倍;熱膨脹系數(shù)下降到2.23×10-5°C-1，熱變形溫度提高84℃。
值得一提的是，PVC的熔體黏度大、流動(dòng)性差，在加人玻璃纖維后，體.系的流動(dòng)性更差、加工溫度更高，所以選擇恰當(dāng)?shù)姆€(wěn)定體系與潤(rùn)滑體系對(duì)PVC/玻璃纖維增強(qiáng)材料的成型加工具有重要意義。
