玻璃纤维增强聚甲醛复合材料性能与结构的研究：

随着国民经济的快速发展，高性能、低成本的热塑性树脂基复合材料得到了广泛应用。通过向热塑性树脂中添加增强纤维，同时对树脂进行改性等技术来制备纤维增强热塑性树脂基复合材料(包括新型结构复合材料、功能复合材料等)是新材料发展的一条行之有效的捷径。这已成为科技界、产业界的共识，也是实现通用塑料工程化、工程塑料功能化、特种工程塑料实用化的最佳技术路线。对增强纤维而言，目前用量最大、应用最广的主要是玻璃纤维(GF) 。

它具有优良的力学性能、电绝缘性能及耐磨损性，比强度和比刚度接近于金属，尺寸稳定性较好、耐化学药品性优、耐蠕变性好、耐疲劳性突出，并且自润滑性能好、着色性强，是替代金属特别是铜、铝、锌等有色金属及合金制品的理想工程塑料，被广泛应用于电子电气、汽车、轻工、机械、化工、建材等行业 J。

在对POM的改性研究中，用于POM填充改性的粒子常见的有CaCO 、空心玻璃微珠、滑石粉和有机蒙脱土(OMMT)等。比如，杜荣昵等 对纳米CaCO 填充改性POM的性能进行了研究；白时兵等Ⅲ4 对超细滑石粉复合粉体、超细OMMT复合粉体及超细CaCO 复合粉体填充改性POM进行了研究；邓聪等 对空心玻璃微珠填充改性POM的性能进行了研究。而目前使用短切玻璃纤维(SGF)进行共混改性尚鲜有报道。笔者则对GF增强POM(POM／GF)复合材料的性能与结构进行了探索研究。GF增强POM时，GF与POM基体之间的界面状态是极其重要的，良好的界面有利于提高复合材料的性能。为了获得理想的界面结合效果，需要对GF表面进行处理，因此采用了巨石集团研制生产的SGF，同时引入增容剂二苯基亚甲基二异氰酸酯(MDI)，使其形成POM／增容剂／GF(POM／MDI／GF)三元复合体系，从而使GF与POM更好地复合，获得了较好的改性效果。笔者着重考察了增容剂MDI添加量对POM／GF复合材料性能与结构的影响，为今后对增强POM复合材料的深入研究提供依据。

实验部分

一 主要原料

SGF：ECS11—03—500型，中国巨石集团有限公司；

POM：Delrin 150 NC010(均聚POM)，美国杜邦公司；

增容剂：MDI，Adrich化学试剂(美国)有限公司。

二 试样制备

 首先将POM在80℃干燥5 h，将MD1分别按POM质量的0、0．3％ 、0．7％和1．O％加入到高速混合机中搅拌均匀，再将混合料与SGF以质量比为3：1的流速加入到双螺杆挤出机中，并同时挤出造粒，将粒料放人烘箱中80℃干燥15 h，然后用注塑机注塑成试样，分别记为M0、M1、M2、M3。试样制备工艺条件见表1。

MDI对POM／GF复合材料力学性能的影响：

MDI能以化学键的形式使GF与POM牢固结合，更好形成POM／GF复合材料体系 引。图2为MDI添加量对POM／GF复合材料力学性能的影响。由图2可见，随MDI添加量的增加，复合材料的拉伸、弯曲强度及缺口冲击强度均逐渐提高，当MDI的添加量达到POM质量的0．7％时出现最大值，之后强度则都下降。

当没有添加增容剂MDI时(即M0试样)，GF与POM仅仅是以物理作用(氢键、范德华力等)复合在一起，因此相互之间的作用力较弱，其力学性能较低，拉伸强度仅为96 MPa，弯曲强度为139MPa，缺口冲击强度为5．6 kJ／m ，但比纯POM的力学性能要高很多 ；当加入MDI为POM质量的0．3％时(即M1试样)，MDI即开始与GF、POM间的活泼氢发生剧烈的反应，形成牢固的化学键，使GF与POM问不仅具有简单的物理作用，而且又增加了作用能更大的化学键结合，使其性能有较大的提高，其拉伸强度达到112 MPa，弯曲强度达到179 MPa，缺口冲击强度达到6．3 kJ／m ；然而由于添加的MDI量很少，在GF与POM上还有大量的活泼氢过量而无法与MDI反应生成化学键，因此当MDI的添加量达到POM质量的0．7％ 时(即M2试样)，GF和POM上的活泼氢数量与MDI相对比较匹配，此时材料具有更高的力学性能，其拉伸强度达125 MPa，弯曲强度达197 MPa，缺口冲击强度达7．3 kJ／m ；但随着MDI添加量进一步增多(为POM 质量的1．0％ ，即M3试样)时，过量的MDI无法与GF、POM上的活泼氢反应，由于其具有极高的活性，很容易与H O等低分子物发生反应而残留在复合材料中形成缺陷，因此MDI过量后，其力学性能反而下降，其拉伸强度降至120 MPa，弯曲强度降至188 MPa，缺口冲击强度降至6．7 kJ／m 。因此可以说MDI的添加量为POM质量的0．7％时，复合材料具有最佳的力学性能。

以上得知：

(1)增容剂MDI的加入使质量分数为25％ 的GF增强POM复合材料的力学性能显著提高，并在其添加量为POM质量的0．7％(即M2试样)时达到最大值。

(2)FTIR测试表明，加入MDI后，能将GF表面的活泼氢与POM中的端羟基有效地连结起来，形成牢固的化学键，并在MDI的添加量为POM质量的0．7％(即M2试样)时两者反应最充分。

(3)DSC与SEM测试表明，加入MDI后，由于化学键的连结作用，大大促进并加强了GF与POM的相容性与界面结合能力。