聚烯烃热熔胶在连续纤维增强复合材料中的应用研究

孔 超，杜 壮，唐舫成，汪加胜

（广州鹿山新材料股份有限公司，广东 广州 510530）

连续纤维是一类连续的高强度纤维，常用的是玻璃纤维、碳纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维等，具有强度较高、韧性较好以及绝缘耐热等优异性能，已用于航空航天、汽车、服装和军工等多个方面[1，2]。聚烯烃热熔胶以热塑性树脂为基体，经多组分复配而成，对各种材料包括一些非极性材料都有良好的湿润性和较高的粘接强度[3]；同时作为一种环保材料，又具有加工性能优异、操作方便等特点，已广泛用于复合建材、服装、家电、纺织、汽车和军工工业等领域，提高了高速连续化生产线的生产效率。聚烯烃热熔胶复合连续纤维作为一种增强材料是当前较热门的研究领域，已在复合管材、复合片材等领域开始应用[4]。鹿山®聚烯烃热熔胶（EP230）采用熔融反应挤出接枝技术，以PE、POE和EPR等聚烯烃树脂为基体树脂进行反应挤出，在反应挤出过程中引入马来酸酐、丙烯酸和马来酸二乙酯等极性单体，增加了对连续纤维的粘接效果[5]。

1 实验部分

1.1 主要原材料

鹿山®聚烯烃热熔胶（EP230），广州鹿山新材料股份有限公司；连续玻璃纤维布，赣州广建玻纤有限公司；连续聚酯纤维布，杭州帛灿纺织有限公司；连续聚酰胺纤维布，东莞市源昌盛纺织品有限公司；连续玻璃纤维绳，陕西华特玻纤材料集团有限公司；连续聚酯纤维绳，东莞市深源线业有限公司；连续聚酰胺纤维绳，上海跃勇绳缆有限公司。

1.2 仪器与设备

CMT4104型电子万能试验机，美斯特工业系统（中国）有限公司；XLB-25T型平板硫化机， 广州飞力橡胶设备有限公司；Primotech MAT型正置式电子显微镜，卡尔蔡司股份有限公司；连续纤维绳挂胶机，四川金石东方新材料设备股份有限公司；

1.3 试验制备

1.3.1 EP230/连续纤维复合结构的制备

（1）将连续玻璃纤维布、连续聚酯纤维布和连续聚酰胺纤维布裁剪成100 mm×30 mm（长×宽）的样条。

（2）用平板硫化机将EP230压合成2 mm的厚板，同时把板材裁剪成和连续纤维同样规格的样条。

（3）在200℃平板硫化机上预热EP230基材，基材熔融后贴到连续纤维布上，在200℃、0.5 MPa压力下复合30 s，取下样品冷却至室温。

（4）将复合好的样品裁剪成25 mm宽的样条。具体操作如图1所示。

图1 聚烯烃热熔胶/连续纤维复合结构的制备过程Fig.1 Preparation process of composite specimen of continuous fibers bonded with polyolefin hot melt adhesive

1.3.2 连续纤维浸渍绳的制备

将连续纤维绳挂胶机的工艺温度设定为机身220℃、 模头230℃和挂胶速度8 m/min，按此工艺条件分别制备出不同材料的连续纤维浸渍绳。

1.4 性能测试

（ 1）剥 离 强 度： 按 照GB/T 2790—1995《胶粘剂180°剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料》标准，采用电子万能试验机进行测试。

（2）界面粘合效果：采用正置式电子显微镜进行观察（分别放大50倍，200倍）。

（3）拉伸强度：按照GB/T 7689.5—2013《增强材料机织物试验方法第5部分：玻璃纤维拉伸断裂强力和断裂伸长的测定》标准，采用电子万能试验机进行测试。

2 结果与讨论

2.1 剥离强度

EP230与玻璃纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维等材质的剥离强度如表1所示。

表1 EP230/不同连续纤维复合结构的剥离强度Tab.1 Peeling strength of EP230/different continuous fiber composite materials

由表1可知：EP230对不同连续纤维材料均能形成良好的粘接，应用范围较广。85 ℃条件下测试高温剥离也有较高剥离强度，说明该复合结构能应用于高温环境。

不同复合结构剥离强度存在差异主要有2方面的原因：①被粘材质不同导致剥离强度的差异；②不同连续纤维基材的表面致密程度不同导致EP230的湿润程度不同。

2.2 界面黏合效果

EP230/不同连续纤维的界面黏合效果如图2所示。由图2可知：粘接界面呈现基材破坏和内聚破坏2种黏合效果。EP230/连续玻璃纤维和EP230/连续聚酰胺纤维属于基材破坏，EP230/连续聚酯纤维属于内聚破坏。

将EP230/连续玻璃纤维复合结构沿粘接面剖开，通过电子显微镜观察界面黏合效果，如图3所示。由图3可以观察到EP230已经完全湿润到连续纤维中，并且有连续贯穿的特征，说明聚烯烃热熔胶与连续纤维材料粘接界面效果较优异。

图2 EP230/不同连续纤维复合结构的界面效果Fig.2 Interface effect of EP230/different continuous fiber composite materials

图3 EP230/连续玻璃纤维复合结构界面的电子显微镜照片Fig.3 Electron microscopy pictures of EP230/continuous glass fiber composite material interface

2.3 拉伸强度

通过测试连续纤维绳和浸渍EP230后连续纤维绳的拉伸强度，进一步验证EP230对连续纤维材料的性能提高情况，结果如表2所示。由表2可知：EP230浸渍连续纤维材料后，拉伸强度提升了40%以上，说明EP230对连续纤维复合材料的力学性能得到明显改善。

表2 连续纤维浸渍绳和连续纤维绳拉伸强度的测试结果Tab.2 Tensile strength results of impregnated continuous fiber ropes and pure continuous fiber ropes

3 结论

（1）EP230与不同连续纤维材料复合后，剥离强度提高，粘接效果理想，说明EP230可用于连续纤维增强复合材料的粘接。

（2）EP230浸渍连续纤维后，拉伸性能提高40%以上，有效改善了连续纤维增强复合材料的力学性能。