PVC經(jīng)玻纖增強改性后，其強度、剛度、模量、抗疲勞性、耐蠕變、耐化學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，應用廣泛。
采用合適的復合工藝技術(shù)是獲得新型玻璃纖維增強聚氯乙烯的前提和基礎。文獻及專利上發(fā)表的GF/PVC復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PVC復合材料。但是，在混煉過程中增強纖維會受到損傷，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PVC復合材料，最常用的工藝是將連續(xù)纖維束通過擠出機的出料口被熔融的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?shù)挠袡C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，而勝玻璃纖維長度可隨意調(diào)節(jié)，既可生產(chǎn)短纖維增強PVC，亦可生產(chǎn)長纖維增強PVC復合材料。但對生產(chǎn)設備的要求嚴格，制造成本高，并由于空中粉塵飛揚而造成生產(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PVC復合材料，而且需添加較多的助劑，有些助劑會對材料的性能產(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，則會影響其上網(wǎng)的均勻性，從而影響復合材料的性能。同時制備的復合材料片材只適合進行模壓成型，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樹脂的懸浮液預浸然后烘干脫水，雙輥熱壓成無緯帶，再切?；虿貌家员隳夯蜃⑸涑蓮秃喜牧铣善贰Ｔ摲椒ㄔO備簡單，環(huán)境污染少，纖維損傷少，還可根據(jù)實際應用需要大幅度調(diào)整材料中的纖維含量及長度。但在生產(chǎn)過程中應注意選用合適的增塑體系。
玻璃纖維增強PVC的強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達到不同的改性效果，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度受一系列復雜因素的影響，包括界面能吸附、極性吸附、酸堿相互作用、形成互穿網(wǎng)絡及發(fā)生共價鍵反應等，所以必須考慮界面兩邊的組分對硅烷偶聯(lián)劑的敏感度。
下表為玻璃纖維表面處理劑對GF/PVC復合材料力學性能的影響
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GF/PVC復合材料
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干態(tài)拉伸強度
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濕態(tài)拉伸強度
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未處理GF體系
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72.8
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42.0
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KH560處理GF體系
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76.3
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49.0
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KH560處理GF體系
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93.1
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73.5
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KH560處理GF體系(PVA界面調(diào)節(jié)劑)
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91.0
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42.0
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KH560處理GF體系(GEO界面調(diào)節(jié)劑)
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128.8
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93.8
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下表為硅烷偶聯(lián)劑類型對增強材料力學性能的影響
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玻璃纖維含量/%(質(zhì)量分數(shù))
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性能指標
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硅烷偶聯(lián)劑類型
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A
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B
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C
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D
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0
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拉伸強度/MPa
缺口沖擊強度/(KJ/m2)
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52.4
2.80
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|||
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20
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拉伸強度/MPa
缺口沖擊強度/(KJ/m2)
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46.5
2.92
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60.5
4.78
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80.9
5.23
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68.3
3.83
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30
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拉伸強度/MPa
缺口沖擊強度/(KJ/m2)
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73.8
3.78
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43.4
4.01
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90.3
8.34
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81.8
4.83
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偶聯(lián)劑的添加量可經(jīng)過適當?shù)挠嬎悖⒆罱K由實驗結(jié)果來確定。 玻璃纖維含量對復合材料的力學性能也有較大影響，隨著玻璃纖維含量的增加，復合材料的某些性能逐步提高。
玻璃纖維填充增強復合材料的性能還與復合材料中玻纖的實際長度有關(guān)，因此在復合材料成型加工過程中，我們必須注意加工工藝條件對玻纖的影響。
采用長度為5~10mm的短切玻璃纖維制備玻璃纖維增強PVC復合材料，采用適當?shù)墓に嚺浞胶图庸すに嚄l件時，復合材料中玻璃纖維的長度介于0.18~0.64mm之間，復合材料的性能優(yōu)良。當玻璃纖維用量為30%(質(zhì)量分數(shù))時，玻纖增強PVC復合材料的拉伸強度為110MPa ,彎曲強度為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、流動性差，在加人玻璃纖維后，體.系的流動性更差、加工溫度更高，所以選擇恰當?shù)姆€(wěn)定體系與潤滑體系對PVC/玻璃纖維增強材料的成型加工具有重要意義。
