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玻纤增强ABS复合材料

金敏善，李贺，曲凤书，鲁建春

中国石油吉林石化公司研究院，吉林，132021,Email:[e-mail]

关键词：苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物玻璃纤维玻纤增强复合材料

ABS是一种以聚丁二烯链为骨架的苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物与苯乙烯、
丙烯腈共聚物共混而成的多相聚合物。ABS以其突出的综合性能如：良好的耐
化学腐蚀性和加工流动性以及较高的表面硬度、耐热性、韧性、抗冲击性能和刚
性已被广泛地用于制作各种机械、仪器设备的零部件，及电器、仪表的外壳上，

但是，ABS较大的成型收缩率给其制品的加工和后组装带来了一定的难度。
玻纤增强复合材料，是以聚合物为基体，以玻纤为增强材料而制成的复合材
料。它综合了塑料基体和玻纤的综合性能，已成为一种具有优越性能和广泛用途
的工程材料。玻纤增强的复合材料还可以按纤维的长度分类，分为长纤维复合材
料和短纤维复合材料。玻璃纤维按化学组分可分为无碱铝硼硅酸盐（简称无碱纤
维）和有碱无硼硅酸盐（简称中碱纤维）。玻纤增强塑料具有比强度高、耐腐蚀、
隔热、成型收缩率小等优点，此外利用玻纤增强可以使塑料材料的拉伸性能大幅

度地提高[1～6]。本文以通用ABS树脂为基体，利用短切玻璃纤维（事先用硅烷偶
联剂进行表面处理）对其进行共混改性，并对复合材料的各项性能与玻纤的含量，

玻纤的长径比及螺杆挤出温度的关系进行较详细的研究和讨论。
ABS/玻纤复合材料的弯曲性能随高模量玻纤含量的增加而明显提高，而
ABS/玻纤复合材料的缺口冲击性能随玻纤含量的增加而迅速降低。这是由于，
随着玻纤含量的增加复合材料的缺陷也增多，从而导致材料的应力集中点大大增
加，另一方面，当受到外力冲击时裂纹可以沿着玻纤迅速扩大，所以随着玻纤含
量的增加复合材料的缺口冲击性能显著降低。此外，随着玻纤含量的增加，材料
中能够吸收大量冲击能的橡胶粒子浓度也相对降低，所以材料的缺口冲击性能进

一步降低（Fig.1.）。当玻纤含量达到30%时，复合材料的熔融指数由空白ABS
树脂的18（g/10min）下降到10（g/10min）以下（Fig.2.）。这是由于随着玻纤含
量的增加，玻纤与玻纤之间，玻纤与高聚物分子之间，以及玻纤之间的高聚物分
子之间的内摩擦阻力变大，导致聚合物的分子链之间的相对运动困难，所以在同

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样的温度下与纯ABS树脂相比，ABS/玻纤复合材料具有相对较高的熔体粘度。
对复合材料的增强效果来说，玻纤的长径比是一个至关重要的影响因数。要
使纤维能够充分发挥其增强作用，必须使基体树脂与纤维界面的剪切应力大于或
等于纤维本身的拉伸屈服应力，为了满足这一条件纤维的长径比必须大于或等于
一临界值[4]。在玻纤的直径已定的情况下可以通过改变挤出机螺杆的组合和转速

来调节玻纤的长度，来达到控制玻纤长径比的目的。由Fig.3可以看出，在长径
比为10～40范围内，ABS/玻纤复合材料的拉伸强度随玻纤长径比的增大而大幅
提高，超过40以后趋于平稳，这说明在此共混体系中玻纤的临界长径比应为40
左右。此外，ABS/玻纤复合材料的拉伸断裂伸长率随着玻纤长径比的提高而单
调降低，所以，大长径比玻纤对提高复合材料的尺寸稳定性更加有效。
对ABS/玻纤复合材料来说，混合温度越高越有利于玻纤在ABS基体中的均
匀分散，这样减少了由于无机填料分散不均而可能带来的材料缺陷，保证了共混

材料的整体均一性，从而使其具有较好的机械性能。从Fig.4中可以看出ABS/
玻纤复合材料的拉伸强度和弯曲强度都随着混合温度的提高而呈逐渐上升趋势，

并且超过225℃后材料的力学性能趋于平稳，所以再提高螺杆挤出温度对提高材
料的性能已没有实际意义，并且由于共混温度过热而导致ABS树脂基体的降解，
从而造成材料的各项性能的降低和能耗的提高。
结论
玻纤的引入可以大幅度地提高ABS树脂的热变性温度、洛氏硬度、弯曲强度、
拉伸强度的同时使材料的缺口冲击强度和断裂伸长率显著降低；玻纤的长径比也
是影响ABS/玻纤复合材料性能的关键因数；共混挤出温度对ABS/玻纤复合材料
的力学性能影响较大。

参考文献
1.陈桂兰,赵尧森，刘光烨，罗伟东.塑料加工应用，2002,24(1)：44～47
2.陈桂兰,刘法谦，罗伟东，刘光烨.塑料加工应用，2002,30(6).6～8
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国塑料，2002,16(5)：30～33
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