在改性材料的大家族中，增強塑料是需求量最大、強度要求最高的材料之一。

       人們最熟悉的增強改性塑料最早的品種叫“玻璃鋼”,“玻璃鋼”是以玻璃纖維為主增強材料，基體為熱固性樹脂的塑料制品。

       20 世紀 60 年代以后，幾乎所有熱塑性樹脂都可以加入纖維增強材料，在一定溫度和機械剪切力作用下重新熔融，或進行各種工藝的熱成型加工，實現纖維增強的改性。

       增強塑料定義：凡通過添加增強材料，包括纖維狀增強材料，或片狀填充料，或金屬粉末等，與高物樹脂進行共混、共聚以及工藝的變革手段，使其力學性能得到顯著提高的改性方法，均稱之為增強改性塑料，即通常所說的纖維增強塑料，也稱為纖維增強聚合物或纖維增強復合材料（FRP）。

       常見的 FRP 包括玻璃纖維增強塑料（GFRP）、碳纖維增強塑料（CFRP）、芳綸纖維增強塑料（AFRP）。

 

       一、增強改性塑料的類型可分為以下幾類：

       1、按基體材料劃分

       按基體材料劃分可分為纖維增強熱固性塑料（FRP）和纖維增強熱塑性塑料（RTP）兩種。

       2、按增強材料劃分

       按纖維的排列方式可分為單向纖維、雙向纖維與二同纖維增強塑料；按纖維的形態可分為連續（無限長）纖維、長纖維、短纖維與磨碎纖維增強塑料；按纖維的種類可分為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、硼纖維、金屬纖維等纖維增強塑料，如 GFRP、CFRTP、CFRP、CFRTP 等。

       3、按復合方式劃分

       按復合方式劃分可分為預混復合、浸漬復合、層疊復合、骨架復合等。

       廣義地說，增強改性應屬于填充改性的范疇，也就是高分子樹脂與增強性填料相結合而提高力學強度的一種有機復合材料。增強材料與填充材料往往是很相似的。兩者的區別是增強材料能大大提高塑料的拉伸強度和彎曲強度，而填充材料則不具備這些性能。

 

       二、增強改性塑料的特點

       玻璃纖維增強的熱塑性塑料是在熱固性增強塑料的基礎上發展起來的，具有質輕和較高的比強度，良好的耐熱性能和電絕緣性能，優秀的減振、抗疲勞特性，獨特的耐腐蝕性及工藝簡單、易操作的成型加工性能，所以應用日益廣泛。

       隨著航空航天等尖端科學技術的發展，用碳纖維、硼纖維、晶須等增強的高強度、高模量、耐高溫的增強材料的發展也十分迅速。

       1、比強度高

       按單位質量來計算的強度稱為比強度。纖維增強塑料的比強度可以超過金屬的最高比強度，除鋁合金外，增強塑料的比強度已超過了高級合金鋼。

       所以纖維增強的熱塑性增強塑料是一類質輕高強度的新型工程結構材料，它在飛機、火箭、導彈以及其他要求減輕重量的運載工具方面具有極為重要的意義。

 

 

       2、抗疲勞性能好及抗沖擊強度高

       增強塑料的強度和剛性隨纖維含量的增加而增高，而斷裂伸長率則降低，因而抗蠕變性能有明顯的改善。疲勞破壞是材料在交替動態載荷條件下，由于微觀裂縫的形成和擴展而造成的低應力破壞。金屬材料的疲勞破壞是由里向外突然發作，事先無征兆；玻璃纖維增強塑料的疲勞破壞總是從材料的薄弱環節開始，逐步擴展，破壞前有明顯征兆。

       增強改性塑料的沖擊強度取決于本體高分子樹脂的抗沖擊性能。若本體高分子樹脂為脆性，則增強后的沖擊強度能成倍提高；若本體高分子樹脂為韌性，則增強后的沖擊強度或不變，或有所下降。

       3、良好的熱性能

       塑料的熱性能主要是指樹脂的耐熱溫度和耐低溫溫度。耐熱溫度可用熱變形溫度、馬丁耐熱溫度及維卡軟化溫度表示；耐低溫溫度一般可用脆化溫度表示。

       未增強的熱塑性塑料的耐熱性能不好，其熱變形溫度比較低，一般只在 50-100 ℃ 以下使用，這是塑料的一大缺點。但通過增強改性的塑料的熱變形溫度則顯著提高，其產品可在 100-150 ℃ 長期使用。例如 PA6 未增強前其熱變形溫度在 50-80 ℃，而增強之后的PA6的熱變形溫度可提高到 180 ℃，有的增強塑料的熱變形溫度甚至可達 300 ℃ 以上。

       增強塑料不僅提高了耐熱性能，而且也大大改善了耐低溫性能。例如聚丙烯的低溫性能比較差，在 -25 ℃時產品變脆，在 -35 ℃時制品完全脆化不能使用。若在增強聚丙烯中添加 5% 的熱塑性彈性體或橡膠彈性體則可改善聚丙烯的耐低溫性能。

       由于高強度纖維增強的熱塑性塑料，在提高了耐高、低溫度的同時，也降低了熱導率和線脹系數，因而減小了制品的成型收縮率，為提高產品的尺寸精度提供了有利條件。

       4、電性能良好

       由于高分子樹脂的結構特點，塑料具有良好的電絕緣性能。且在低頻低壓下與電場發生相互作用的幾率很少，就是在高頻高壓下，也有部分塑料品種仍具有良好的介電性能。由于玻璃纖維也是良好的電絕緣體，所以 FRTP 的電絕緣性能優異，在高頻下持良好的介電性能，成為工業電機與電器使用的主要絕緣材料。

       具有導電性的纖維如碳纖維（石墨纖維）、金屬纖維等，可以降低增強材料的常數和損耗因子，提高介電強度和耐電弧性，便增強塑料成為一種理想的抗靜電和材料。當增強材料作為抗靜電材料應用時，其體積電阻率在 107-1010 Ω·cm 范圍內；如果其體積電阻率在 104-106 Ω·cm 范圍，增強材料可作為導電塑料應用，其導電性能接近銅、鉍等金屬的導電水平；如果其體積電阻率在 102-104 Ω·cm 范圍，則可達到電磁屏蔽的目的。

       為了有利于導電通道的形成，在加工與成型過程中除應確保纖維的良好分散外，應使纖維保持盡可能高的長徑比。

       5、耐化學腐蝕性好

       樹脂的化學性能，主要指的是因化學反應對材料性能的影響，即耐化學反應性能通常高分子樹脂都具有較好的化學穩定性，如氟塑料、聚苯硫醚、氯化聚醚、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，號稱“塑料王”的聚四氟乙烯甚至能耐“王水”等極強的腐性介質的腐蝕。而加入增強材料的增強塑料，具有更優良的耐化學性能。

       正如玻璃纖維本身對一般化學藥品顯惰性，除強酸、強堿外，玻璃纖維增強塑料的耐化學穩定性能是優異的。但是不同的塑料和增強材料品種，其化學性能也不一樣，如玻璃纖維、碳纖維或石棉纖維等不同品種，其強度和耐蝕性也會有所不同。對一般塑料而言，品種不同，其強度和耐化學性能也不同，如 PA  耐堿而不耐酸，PPO 耐高溫耐水蒸氣，而不耐苯、二甲苯等有機溶劑，POM 耐水耐有機溶劑而不耐強酸等。

       增強塑料對酸、堿、鹽溶液，水蒸氣及有機溶劑的穩定性超過了許多金屬及其合金材料，被廣泛地用作防腐材料，如管道、管件、貯槽、門、泵等化工設備零件，以代替不銹鋼制品。

       6、優良的成型加工性能

       一般塑料材料具有優良的成型加工性能，如良好的流動性、模塑性、擠壓性、延展性等，可用多種成型加工技術生產出高尖端產品。FRTP 與一般熱塑性塑料一樣，同樣可以采用注射成型、擠出成型、壓制成型、層壓成型等加工方法成型，不需特殊的成型設備。

       FRTP 的熔融流動性與增強纖維的含量有直接關系，隨著增強纖維含量的增加而流動性能降低。但即使如此，以目前的塑料成型設備和工藝條件而言，對 FRTP 的成型加工是不成問題的。增強改性塑料克服與彌補了通常熱塑性塑料的某些缺點，如耐熱性差、易蠕變等現象，隨著塑料改性技術的不斷發展和共混、填充、增強工藝的開拓，必將大大擴展改性塑料的應用領域。

 

轉自——網絡

< 返回 >