玻纤增强SAN材料力学性能的影响因素

梁赐禾

摘 要：本文将针对玻纤增强SAN树脂的力学性能进行分析，并且着重讨论影响其的主要因素。据相关资料表明，添加SMA相容剂之后可以有效地增加SAN树脂和玻纤的界面结合强度，继而有利于提升材料的力学性能。除此之外，使用润滑剂也可以对材料力学性能带来正面效应，且当润滑剂剂量在0.2%的时候材料性能达到最佳。而关于更多的影响SAN树脂材料力学性能的因素也将得到更为详细的阐述。

关键词：玻纤；SAN材料；力学性能；拉伸程度

SAN 树脂全称为丙烯腈-苯乙烯共聚物，其主要是指由丙烯腈和苯乙烯所组成的高分子聚合物。而SAN树脂具有自身的力学优势，特别是在拉升程度、弯曲强度、硬度、以及尺寸稳定性等方面表现优异。

一、SMA相容剂量对符合材料力学性能的影响

通过相关资料显示，玻纤增强SAN符合材料的力学性能受到相容剂SMA含量的差异影响，当加入相容剂SMA的时候，在复合材料的弯曲强度、拉伸强度上则有明显的提升。在进一步的实验中，相容剂SMA剂量为3%的时候，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度的数值分别达到117.2MPa、140.3MPa和5.7kJ/m2时，综合力学性能最佳。而尚未添加相容剂SMA的时候，力学性能则会相对下降22.8%、12.8%、11.8%[1]。因此，笔者认为在没有添加SMA相容剂的时候，玻纤增强SAN的力学性能较差，其原因主要是由于SAN数值与玻纤的结合能力弱所导致的，在受到作用力的时候，SAN无法将应力传递到玻纤，因此，复合材料对力学的性能显示不够明显。而加入相容剂之后，由于两者具有相似的基团，且相容性好，能够增加界面的结合力，促使基体树脂受到应力的时候可以将其传递到玻纤表层进行分散，从而提升了复合材料的使用性能。

二、润滑剂量对复合材料性能的影响

润滑剂的含量高低也会对复合材料力学性能产生影响，当润滑剂含量增加的时候，复合材料的拉伸强度、冲击强度则表现出先上升，后降低的趋势，而弯曲强度则是递减的趋势。这也是由于润滑剂可以帮助玻纤在树脂中进行分散的作用。过多的润滑剂可以对粘附在树脂表面和螺旋表面上，因此会减轻树脂和螺旋之间的摩擦力[2]，此时，则会难以均匀的将玻纤分散在树脂中，复合材料的力学性能也会随之减弱。因此，笔者认为润滑剂的含量才是关键性问题。即当润滑剂含量控制在0.2%的时候，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击力强度分别可以达到117.2MPa、140.3MPa和5.7kJ/m2。除此之外，我们也关注到润滑剂的成本较高，降低其使用的含量也是降低成本的一个反应。为了实现性能与成本的最佳经济平衡点，在考虑实际因素的时候更应该关注润滑剂的用量。

三、玻纤单丝直径对复合材料性能的影响

玻璃纤维的单丝直径会影响玻纤增强材料的性能，本文也针对不同的单丝直径进行了对比分析，从而深入的探究其对玻纤增强材料力学性能的影响。具体而言，笔者针对直径为17μm、14μm和13μm的玻纤直径进行了拉伸强度、弯曲强度和冲击强度的对比分析，具体数据如下表所示。当纤维的直径增加的时候，我们得知玻纤表面缺陷也会随之增加，而纤维比表面积以及表面活性也会随之变小。在使用浸润剂的过程中，也会造成玻纤表面缺陷的大幅度提升。此时，当复合材料受到较大的外力作用时，应力会直接传递到玻纤，而玻纤的薄弱点则是导致材料受到破坏，因此，玻纤的直径大，也就是表面积越大是则会增加纤维断裂的可能性[3]。与此同时，玻纤表面积的减少，则说明玻纤和树脂基体的接触面积随之缩小，两者的界面结合度降低，玻纤增强效果也大不如前。因此，笔者认为玻纤直径也是影响增强SAN材料力学性能的重要因素。值得一提的是，直径13μm和14μm的玻纤直径之间的差异不是很大，但是受到成本因素的影响，优先选择14μm的玻纤增强材料更符合实际需求。

四、玻纤含量对复合材料性能的影响

在研究中，我们得知玻纤含量会对玻纤增强 SAN 材料力学性能的影响。具体而言，随着玻纤含量的增加，玻纤增强材料的弯曲低强度和拉伸强度均有所提升，但是当玻纤含量达到20%之后则发生了逆转，即强度在这个节点之后提升的幅度较为平缓。从原因上分析，强度的提升主要是因为更多玻纤的加入，而提升幅度变缓更多是由于玻纤分散困难导致的。在玻纤加工的过程中断裂程度增家、玻纤的长度则会降低，此时也会导致整体性能提升的速率变缓。而冲击强度的变化则反应为先增加后减少，当玻纤含量达到20%的时候，冲击强度也会达到最大值[4]。而继续提升玻纤含量时，冲击强度并不会出现缓慢的上升，而是转为下降。究其原因，当玻纤含量过多的时候，制备过程也会对设备操作造成损害，生产成本增加。因此，笔者认为控制玻纤含量，能够更好的展示、应用增强SAN材料的力学性能，并且有助于控制成本。从具体的强度数值上看，其变化情况如图1所示，左图为拉伸强度和弯曲强度的变化情况，右图则为冲击强度的变化趋势。

五、主机螺杆转速对复合材料性能的影响

通过分析，主机螺杆转速的变化对玻纤增强SAN 材料力学性能的影响较小。在具体的实验分析中，主机螺旋杆的转速主要的范围在200～260rpm之间，则增强SAN材料的拉伸强度的区间则在115.2和 117.8 MPa之间；弯曲强度的区间则在36.2和141.5 MPa之间。当螺旋杆转速提升之后，玻纤增强SAN材料的冲击强度将表现为下降趋势，当转速达到最高值260rpm的时候，冲击强度则会降至5.6 kJ/m2，在高转速的影响下，物料的停留时间越来越少，玻纖也难以实现均匀的分散。在这样的环境背景下，其冲击强度必然受到影响，在结合生产效率的同时，将转速控制在240rpm的时候效果最佳，具体实验数据如下表所示。

结束语：通过本次调研分析，在结合专家学者的研究基础上，笔者认为玻纤增强SAN材料力学性能的影响因素有很多，包括相容剂SMA，润滑剂、单丝直径、玻纤含量以及主机螺杆转速。具体而言，相容剂可以提升SAN树脂与玻纤之间的相容性，并且当相容剂剂量为3%的时候效果最好。而润滑剂含量控制在0.2%的时候，弯曲强度达到最高，能够针对玻纤在SAN树脂的均匀分布问题进行改善。与此同时，单丝直径在14μm的时候是增强效果和成本的最佳结合点，可以在实际应用的过程中优先选择。除此之外，玻纤含量为20%的时候其冲击强度达到最优，最后则是主机螺杆转速可控制在240rpm，此时对玻纤增强SAN材料力学的影响程度最小。

参考文献

[1]张志军，罗立善，邓如生.玻纤增强 SAN 的研制及其在电器上的应用[J].工程塑料应用，2016，37（3）：60-62.

[2]赵若飞，周晓东，戴干策.玻纤增强聚丙烯界面处理研究进展[J].玻璃钢/复合材料，2010（3）：49-53.

（作者单位：广东特发信息光缆有限公司）