尼龙基复合材料

尼龙基复合材料（精选7篇）

尼龙基复合材料 第1篇

当下, 提高聚合材料的导热性能通常采用掺 混导热填 料来提高复合材料的导热性能, 复合材料的传热能力取决于高分子基体和导热填料之间的复合与分散状态。一般的导热填 料有粒状、片状、球状、纤维等形状, 导热填料 一般有氮 化硼、氮化铝、氮化硅、氢氧化铝、氧化铝、氧化 锌, 以及碳化 硅纳米粒子、碳纳米管、石墨等[3,4,5,6,7,8,9,10]。填料达到某一临界值时, 填料间形成接触和相互作用, 体系内部形成类似网状或者链状结构形态, 即形成了热传送通道。当热流通过材料内部时, 热量以声子散热方式通过材料内部的导热网络, 从而使得复合材料的导热性能得到提高。结构示意图如图1所示。

本研究是将不同粒径的氮化硼加入到 尼龙6树脂中, 考察不同粒径对于复合材料综合性能的影响, 同时加入高模量 的碳纤维, 考察碳纤维在复合材料内部的分散情况, 以及对于复合复合材料导热性能和其他性能的影响情况。

1 实验部分

1.1 原料

PA6 (M2800) , 广东新会 美达;六方氮化 硼 [粒径3um/ 15um, 密度2.27g/cm3, 导热系数33W/ (m·k) ], 青岛一诺高新材料开发有限公司;碳纤维 (CF, 12k) , 连云港鹰游集团;受阻酚类抗氧剂1098、亚磷酸酯类抗氧剂168, 瑞士汽巴公司。

1.2 主要仪器与设备

密炼机 (75L-A) , 上海盈北机械设备厂;热变形维卡试验机 (1302-1) , 深圳市新 三思材料 有限公司;万能材料 试验机 (WDT-30) , 深圳凯强 利机械有 限公司;导热系数 测试仪 (DRL-II) , 湘潭湘仪 仪器有限 公司;动态热机 械分析仪 (DMA, DMA8000) , 美国PE公司;哈克 (HAKKE, Mini Jet II) , Thermo Fisher Scientific公司;热重分析仪 (TG209F3) , 德国耐驰公司;扫描电镜 (SEM, SUPRA55) , 德国蔡司公司。

1.3 试样制备与表征

尼龙在80℃下真空烘箱干燥10h备用。将干燥后的尼龙与氮化硼、碳纤维、抗氧剂 (1:1) 按照一定实验比例混合后于密炼机中密炼3~5min, 温度设定为240℃。将制得的复合材料粉碎后经哈克微型注塑机注塑成型。自制导热测试样品模具, 通过硫化压片 机热压成 型, 制得导热 测试标准 样, 直径30mm, 厚度5mm的圆片, 成型压力10MPa, 温度245℃。

1.3.1 动态热机械分析 (DMA)

振动类型为单悬臂梁, 振动频率为1Hz, 扫描温度范围为室温到200℃, 升温速度为3℃/min, 空气气氛。

1.3.2 扫描电子显微镜 (SEM)

将样品置于液氮环境下脆断, 断面喷金, 观察复合材料断面形貌。

1.3.3 拉伸性能测试

拉伸性能按GB/T 1040-92测试, 拉伸速率50mm/min。

1.3.4 热变形温度测试

按标准GB1634.2-2004测试, 弯曲应力1.8MPa, 挠度0.34mm, 升温速率120℃/h。

1.3.5 热重分析

氮气氛围, 升温速率10℃/min, 从室温升 到600℃, 比较不同填料下复合材料的热稳定性能。

1.3.6 导热系数测定

DRL-II型真空热流法导热系数测定仪 (示意图如下) 以稳定导热原理为基础, 在稳定状态下, 单向热流垂直流 过试样, 通过测试试样上下两表面4个点温度, 有效传热面积和厚度, 即可计算试样的导热系数。

导热系数计算公式:

热阻计算公式为:

式1, 2中:E=λcu (T1-T2) ;C=L1 (T2-T3) -L2[ (T1T2) + (T3-T4) ], λcu为压杆铜 柱的导热 系数 (W/ (m·k) ) ; Acu为压杆的截面积 (m2) ;As为试样的截面积 (m2) ;h为试样厚度 (m) ;L1为热电偶1和2的距离 (m) ;L2为热电偶2和上热端面的距离 (m) ;T1、T2、T3、T4分别为热电偶1、2、3、4的温度 (K) 。

2 结果与讨论

2.1 断面形貌分析

由图2 (a) 可看出, 片状氮化硼均匀分散在基体树脂中, 并没有发生团聚现象。大小粒径氮化硼的均匀分散使得填料之间形成良好的链接, 当氮化硼含量达到50% (wt, 质量分数, 下同) 时, 氮化硼和基体树脂之间的间隙基本没有, 复合材料 内部能够形成以氮化硼为导热主体的导热网链, 界面热阻明显 被降低。从图 (b) 、 (c) 、 (d) 中可以看出, 碳纤维均匀的分散在复合材料中, 基体树脂良好的包裹碳纤维, 碳纤维的分散在一定程度上起到 热传导的 链接作用, 同时起到 增强复合 材料作用。

2.2 导热性能研究

图3为在不同氮化硼添加量以及不同碳纤维添加量下复合材料导热系数曲线图。从图可看出, 复合材料的 导热系数 随着氮化硼的 添加量增 加而增加, 在氮化硼 体积分数 为25vol%后曲线有1个突然上升的趋势, 主要原因为氮化硼添加量到达1个临界点后, 氮化硼填料之间相互接触以及相 互作用增多, 能够有效的形成三位网状的热传导网链, 从而使得复合材料的热传导能力得到较大的提升;另一方面, 在小添加量情况下, 大小粒径复配的氮化硼和单一粒径的氮化硼填充 对于复合材料导热性能影响情况基本一致, 但随着添加量增 加后, 大小粒径复配体系的导热性能明显高于单一粒径氮化 硼填充的复合材料。主要原因是在较大填充量情 况下, 大小粒径复配体系中, 小粒径氮化硼能够有效的填充到大粒径氮 化硼之间的空隙中, 降低界面 热阻, 热流通过 复合材料 内部时, 能够通过导热性能优异的氮化硼组份传递, 从而使得复合材料的导热性能提高很大。当大小粒径复配体系中氮化硼体积分数为37.6%时, 复合材料导热系数为2.139W/ (m·k) , 约为纯尼龙6导热系数的10倍。随着碳纤维的加入, 体系的导热系数进一步提升, 当PA6/BN/CF质量比为100∶100∶40时, 体系导热系数为2.307W/ (m·k) 。

图2 不同填料含量复合材料断面电镜形貌 [ (a) 100∶100∶0 (PA∶BN∶CF) (wt%) ; (b) 100∶100∶10; (c) 100∶100∶40; (d) 100∶100∶40]

2.3 动态力学热分析 (DMA)

图4为不同氮化硼含量和不同碳纤维含量对复合材料动态力学影响曲线。从图中可以看出, 随着填料含量逐渐增加, 体系的储存模量和损耗模量呈上升趋势, 由储存模量曲线得出复合材料的Tg温度随着氮化硼添加量增加呈上升趋势。主要原因是随着刚性片状氮化硼的不断加入, 体系中尼龙6分子间氮化硼增加, 体系刚性增加, 导致分子链随着温度的升高运动越发困难, 所以导致损耗模量的峰值向高温区偏移。从图 (Ⅲ) 中看出, 单一粒径氮化硼对复合材料Tg的影响程度大于不同粒径复配体系, 主要原因是大小粒径复配体系中存在的小粒径氮化硼使得尼龙6分子链在温度上升过程中的伸展阻力相对单一大粒径氮化硼体系中分子链伸展的阻力要小造成的。

图3 氮化硼、碳纤维对复合 材料导热系数的影响

2.4 拉伸强度分析

复合材料拉伸强度如图5所示, 从图中可以看出, 随着氮化硼含量的增加, 复合材料的拉伸性能呈下降趋势, 当基体树脂PA和BN的含量固定时, 随着碳纤维的加入, 拉伸强度升高。当PA∶BN∶CF=100∶100∶40 (质量比) 时, 复合材料拉伸强度达到了72.8MPa。因为氮化硼是一种片状粉末, 有着良好的润滑性, 随着氮化硼量的不断增加, 复合材料内部相对的基体树脂分子减少, 并且分子间的相对距离变大, 导致复合材料在受到外力作用的时候, 分子链沿着受力方向的取向变的相对容易。由于氮化硼是刚性粒子, 当氮化硼含 量变大时, 此时材料所能承受的拉伸强度也就相应下降, 但是随着碳纤维的加入, 复合材料的拉伸强度逐渐上升。结合电镜 图可以看出基体树脂能很好的包裹住碳纤维, 由于碳纤维是一种高强度纤维, 复合材料在受到外力的作用时, 会将应力传到纤维上, 而碳纤维能够承受很大的应力, 所以复合材料的拉伸强度得以提高。

2.5 热变形温度分析

图6为复合复合材料的热变形温度曲线。本实验中纯尼龙6的热变形温度为52.2℃, 随着氮化硼和碳纤维的加入, 复合材料热变 形温度提 高比较明 显。当氮化 硼体积含 量为37.6vol%的时候, 复合材料的热变形温度增加到133.8℃, 相对纯尼龙提高了256%。热变形温度主要考察材料的最高使用温度, 碳纤维的加入进一步增加了复合材料的热变形温度, 当碳纤维含 量在40份时, 体系热变 形温度达 到了179.8℃。原因是氮化硼和碳纤维都是刚性填料, 一方面加入的碳纤维和氮化硼形成的网络造成基体树脂分子链运动受阻, 另外高模量的碳纤维沿着平行于样条受力表面取向, 起到了很好的支撑作用, 承受部分应力, 提高了材料抗热变形能力, 所以从宏观上表现为热变形温度的升高。

2.6 热稳定性能研究

图7为复合材料热失重曲线图, 从图中看出, 纯尼龙6的热分解温度为随着氮化硼的加入, 复合材料的起始分解温度基本没有变化, 热分解温度有所降低, 主要原因可能是随着高导热填料氮化硼的加入, 复合材料对于温度更为敏感, 导致基体树脂的分解温度有所下降, 但总体变化不大。可以看出, 氮化硼的加入对于复合材料整体热稳定性能影响不大。

3 结论

在填充量较大时, 大小粒径复配对于增加复 合材料的 导热性能优于单一粒径填充效果。碳纤维的加入, 一定程度 上起到复合材料内部导热网链的连接作用, 同时增加了复合材料的拉伸强度。当PA、BN、CF质量比为100∶100∶40, 复合材料导热系 数为2.307W/ (m·k) , 为纯尼龙6导热系数 的9.23倍。拉伸强度为72.8MPa, 同时复合材料的热变形温度提升到179.8℃, 比纯尼龙高出127.6℃, 满足材料在高温条件下的使用要求。热失重曲线表明, 氮化硼的加入对于 复合材料的热稳定性影响不大。

摘要：以PA6为基体树脂, 不同粒径氮化硼 (BN) 、碳纤维 (CF) 复配作为基体填料, 经熔融混炼模压成型制得高导热复合材料。利用热流法导热系数测试仪 (DRL-II) 、动态热机械分析仪 (DMA) 、扫描电子显微镜 (SEM) 、热变形温度试验机、热重分析仪 (TG) 对复合材料的储存模量、导热性能、微观结构、热变形温度和热稳定性能进行了表征。结果表明:碳纤维和氮化硼均匀分散在基体树脂中, 不同粒径复配的氮化硼能更好的提高复合材料的导热性能。碳纤维的加入不仅增加复合材料的拉伸强度, 同时起到基体内部导热网链的串联作用, 基体导热性能进一步提高, 制得的复合材料导热系数达到2.307W/ (m·k) , 为纯尼龙导热系数的近十倍, 复合材料的热变形温度为179.8℃。

关键词：复合材料,导热系数,增强

参考文献

[1]Godovsky Y K, Privalko V P.[M].Germany:Springer, 1995, 4.

[2]阎洁, 申屠宝卿, 翁志学.[J].高分子材料科学与工程, 2012, 28 (9) :44-45.

[3]周文英, 齐暑华, 涂春潮, 等.[J].航空材料学报, 2007, 27 (1) :33-34.

[4]孙尧, 鲍哈达, 贾明印, 等.[J].高分子学报, 2009, (7) :685-686.

[5]张福勤, 黄启忠, 黄伯云, 等.[J].材料工程, 2003, (9) :18-19.

[6]文雯, 刘述梅, 傅轶, 等.[J]高分子材料科学与工程, 2011, 27 (5) :137-138.

[7]石志想, 傅仁利, 何兵兵, 等.[J]复合材料学报, 2011, 28 (6) :8-9.

[8]Hong Jungpyo, Yoon Sungwoon, et al.[J].Thermochimica Acta2012, (537) :70-75.

[9]Sim L C, Ramanan S R, Ismail H, et al.[J].Thermochimica Acta, 2005, 430:155-165.

尼龙基复合材料 第2篇

2011年6月16日, 位于江苏省张家港市飞翔化工区的苏州翰普高分子材料有限公司宣布将其基于生物可再生资源的高性能尼龙产品聚合产能在现有5 000 t/年基础上进一步提高, 以满足来自国内外市场的对生物基高性能尼龙产品的持续高增长需求。在当天举行的项目扩产仪式上来自政府、投资者、客户等各方代表纷纷表示对苏州翰普扩产项目的大力支持。

苏州翰普高分子材料是由江苏飞翔化工集团及美国贝恩资本合资成立的高科技企业, 主要生产基于生物可再生资源的高性能尼龙工程塑料, 广泛应用于汽车管路系统、电子电器零部件、太阳能背板薄膜等快速发展的市场领域。

尼龙基复合材料 第3篇

回料是指注射异性铁氧体磁体生产过程中产生的边角料及废品等材料,回料的使用在注射铁氧体发展到一定阶段显得优其重要,其符合节能环保,降低生产成本的理念。回料重复使用时,其各项性能指标的变化对消化吸收降成本是关键因素,本论文通过研究不同回料次数材料的各项特性的变化规律,变化机理,对生产企业具有比较现实的指导作用。

1 实验部分

1. 1 实验试样的制备

1. 1. 1 工艺流程

母料采用梅州市磁性材料厂生产的MYN - 14型尼龙6基注射铁氧体异性磁粒料,回料是用母料在日本株式会社的TL - 50型注塑机上注出抗冲击强度样块后,再在广州联冠机械有限公司PC -20/26型强力塑胶破碎机上进行破碎处理而成,以不同的重复次数来确定回料的样品进行相对应的不同参数进行对比,母料标记为0#,重复一次标记为1#,以此类推得出1#~ 5#标样,6#标样为0#添加15% 的5#料的混合样。工艺流程如图1。

1. 1. 2 主要工艺参数

带磁场取向装置模具的注塑机,在试验中磁场取向线圈电流22 A,注射方向和磁场方向相互平行,注射温度为280℃ ,模具温度80℃。在没有取向磁场模具的注塑机,注射温度为290℃ ,模具温度70℃。

1. 2 结构性能测试

1. 2. 1 磁性能测试

将粒料在带磁场取向装置模具的注塑机上注射成20. 3 mm×6 mm的圆柱形试样进行测试,测试仪器是湖南娄底联众科技有限公司的MATS - 2010H型永磁材料自动测量装置,得到退磁曲线中剩磁Br、内禀矫顽力Hc J来表征粒料的磁性能; 每组测4个试样,结果取平均值。实验条件为: 峰值电压30 V,拐点电压13. 4 V,扫描时间40 s,充磁强度为2 T,使用截面为21. 0 mm的圆形线圈。

1. 2. 2 抗冲击强度测试

将粒料在不带磁场取向装置模具的注塑机上注射成800 mm×100 mm×40 mm的长方形试样,测试仪器是承德市金建检测仪器有限公司的XJOD - 5. 5型电子悬臂梁冲击试验机,得到抗冲击强度性能( 单位是k J/m2) 。每组测6个试样,结果取平均值。实验条件为: 冲击速度: 3. 5 m/s,冲击能量: 5. 5 J,冲击摆力矩: 2. 94744 N·m,摆锤预扬角: 150°,室温23℃。

1. 2. 3 流动性能测试

将粒料直接用长春市智能仪器设备有限公司的DRZ - 400E型熔体流动速率测定仪进行测试,得到溶融指数来表征粒料的流动性能 ( 单位是g/10 min) 。每组测4个试样,结果取平均值。实验条件为: 设定温度270℃ ,载荷10 kg。

1. 2. 4 微观形态观察

将粒料在不加磁场的注塑机上注射成20. 3 mm×6 mm的圆柱形试样并对端面进行抛光,采用日本 日立公司 的S -3000H扫描电子显微镜对试样截面进行结构形态的观察。

1. 2. 5 热分析实验

将粒料碾碎至粉末状,以备实验。实验仪器是美国TA公司的DSCAQ20示差扫描量热仪,实验条件为: 升温范围从30℃升至280℃ ,升温速率10℃ /min,N2流量25 m L/min,粉料定量5 mg。

2 实验结果分析

2. 1 磁性能变化情况分析

PA6基注射铁氧体异性磁粒料的磁性能来源于其中的磁粉,作为特殊专用磁粉,磁粉颗粒晶体有其特殊的形状及适合于注射成型条件的压实密度等,才能发挥出其磁特性[3]。当粒料经反复的成型及破碎过程,会引起磁粉颗粒晶体发生畸变或磁体内部产生内应力,磁性能会发生变化。注射成型后标样的磁性能随着回料次数的变化情况见图2和图3。

由图2可以看出,随着粒料重复使用次数的增加,剩磁Br开始提升后下降,但变化不明显。原因可能是异性磁粉的性能方面,在成型时取向磁场对磁粉一方面起磁化作用,另一方面磁化后的磁粉在磁场的作用下沿一定方向排列,重复破碎后流动性能改善后有利于磁粉晶粒取向,故Br开始有所提升,后期由于颗粒晶格发生畸变的破坏抵消取向度提高的效果,最终呈下降。由图3可以看出,内禀矫顽力Hc J则一直呈下降趋势,且变化比较明显,因内禀矫顽力Hc J是磁粉的内禀参数,它只与材料结构有关而与取向度无关,当重复破碎后,磁粉颗粒表面层发生范性形变,必然会导致材料的晶格不完整,从而形成为反磁化的成核中心[4],对内禀矫顽力Hc J的影响就比较明显。而6#样品的二项参数变化不是很大。

2. 2 对流动性能变化情况的分析

经破碎后粒料的流动性能随着回料次数的变化情况如图4。

从图4可以看出,粒料的熔融指数随着重复次数的增加而不断增强,其主要原因是在同样磁粉及填充比例也不变的情况下,PA6基永磁铁氧体复合材料的流动性能主要取决于尼龙6的熔融温度,一般来说,尼龙的晶体尺寸越大,结晶程度越完善,尼龙分子链运动能力低,则熔融温度越高。粒料在破碎的过程中,经历高温及外力的作用,粒料中的尼龙6分子链易发生断裂,致使聚合物中晶体的尺寸小,结晶程度不完善,尼龙分子链运动能力强,熔融温度变低。随着重复次数的增加,磁粉颗粒表面变得圆滑对熔融指数也有改善效果。而6#样品变化不是很大。

2. 3 对抗冲击强度变化情况的分析

经破碎后抗冲击强度随着回料次数的变化情况如图5。

从图5中可以看出,抗冲击强度的变化较大,0#~ 6#其对应的抗冲击强度分别为24. 8 k J/m2、21. 4 k J/m2、19. 2 k J/m2、17. 5 k J / m2、16. 5 k J/m2、15. 6 k J/m2、22. 8 k J/m2,0#~ 5#呈逐渐下降趋势。在同样磁粉及填充比例也不变的情况下,PA6基永磁铁氧体复合材料的抗冲击性能也主要取决于尼龙6的抗冲击强度,因为聚合物中,尼龙晶区结构遭到破坏,尼龙6分子链发生断裂的程度不断增加,分子量不断下降,故抗冲击强度也不断下降。而6#样品变化对粒料使用影响较小。

2. 4 SEM 表征

图6是样品的微观形貌,其中样1、样2、样3对应0#、3#、5#试样。

从图6可以看出,在高填料填充的复合体系中,铁氧体颗3结论粒与PA6结合都紧密,分散都比较均匀,其中3#样相对其他两样是最好的,其与剩磁的升高相一致; 但0#的磁粉颗粒大小按一定比例存在的专用磁粉颗粒特征比较明显,而5#的磁粉颗粒通过试验,对尼龙6基注射异性铁氧体磁粒料回料使用中经多次破碎后,大颗粒形状减少,大小形状比较一致,这表明的参数特性进行了研究,探讨了其对应的结构和性能变化机经过多次加热及破碎,磁粉晶格也受到较大的破坏,专用磁粉理。主要结论如下:的颗粒特色形貌部分受到破坏了,而磁粉颗粒表面磨损与粒料( 1) 在材料磁性能中,随着回料使用次数的增加,剩磁先的熔融指数改善的反映相一致。提升而后下降,内禀矫顽力则下降明显。当回料5次时,剩磁2. 5 DSC表征由277. 5 m T变为277. 2 m T; 内禀矫顽力则由207 k A/m下降为160 k A / m。图7是PA6基注射异性磁粒料0#、3#、5#样的熔融和非等温结晶曲线。( 2) 在力学性能中,随着回料使用次数的增加,抗冲击强度下降比较明显,熔融指数则增加较大。当回料5次时,无缺

注: Tc为结晶峰温度,ΔHm为 DSC 测出的结晶焓,ΔHo为 PA6 晶体的结晶焓,其值为 230 J/g,Xc为相对结晶度,由 ΔHm/ ΔHo计算得出。

由图7可看出,随着回用次数的增加,PA6基注射异性磁粒料的熔限越来越宽,而熔点也逐渐变低。根据Thompson -Gibbs方程[5]:

式中: Tm——晶片厚度为l时的结晶熔点,K

T0m——晶片厚度为∞时的结晶熔点,K

δe——片晶的表面自由能,J/m2

ΔHf——单位体积结晶的熔融热焓,J/m3

l——晶片厚度,m

由式( 1) 可以知道,随着晶片厚度的增加,熔点也随之增加。在实际应用当中,PA6由于具有极性酰胺基,很容易受热、氧的影响而发生老化,从而导致性能下降[6]。随着PA6基注射异性磁粒料回用次数的增加,PA6基受到热氧老化的程度逐渐增大,从而发生更大程度的氧化断链以及氢键的破坏,从而平均分子量变得越来小,分子量分布变得越来越宽; 所形成的PA6晶片的平均厚度也随之减小,晶片厚度分布变广; 因此PA6的熔融峰随着回用次数增加而向低温方向移动,而且由于晶片完善程度差异较大而使熔融峰变宽。

表1是PA6基注射异性磁粒料在不同回用次数下的结晶参数。从表1数据可以看出,随着回用次数的增加,样品的结晶度( Xc) 和结晶焓( ΔHm) 都有所提高。这是由于在热氧条件的作用下,PA6无定型链段容易发生断链从而形成小分子链段,而在结晶过程中部分小分子链段可以起到结晶核的作用,使得部分非晶链段重新排列形成有序的晶区结构,故Xc会随着回用次数的增加而提高。

3 结 论

通过试验,对尼龙6基注射异性铁氧体磁粒料回料使用中的参数特性进行了研究,探讨了其对应的结构和性能变化机理。主要结论如下:

( 1) 在材料磁性能中,随着回料使用次数的增加,剩磁先提升而后下降,内禀矫顽力则下降明显。当回料5次时,剩磁由277. 5 m T变为277. 2 m T; 内禀矫顽力则由207 k A/m下降为160 k A / m。

( 2) 在力学性能中,随着回料使用次数的增加,抗冲击强度下降比较明显,熔融指数则增加较大。当回料5次时,无缺口抗冲击强度由24. 8 k J/m2下降为15. 6 k J/m2; 熔融指数则由126 g /10 min上升到532 k J / m2。

( 3) 回料使用时可与新料混合,根据实际情况进行调整,添加比例不超过15% 时影响较小。

参考文献

[1]Su K H,Lin J H,Lin C C.Influence of reprocessing on the mechanical properties and structure of polyamide-6[J].Journal of Materials Processing Technology,2007,192-193:532-538.

[2]尹有祥.粘结磁体及其应用[J].新材料产业,2004,9:24-30.

[3]连江滨,吕宝顺,廖有良,等.La-Zn替代对永磁铁氧体磁粉结构与性能的影响[J],磁性材料及器件,2011,6:53-55.

[4]宛德福,马兴隆.磁性物理学[M].四川:电子科技大学出版社,1994:376-380.

[5]金日光,华幼卿.高分子物理[M].北京:化学工业出版社,2006:157-158.

尼龙66复合材料研究进展 第4篇

尼龙66具有优异的综合性能,在汽车制造业、电子工业、航空工业等许多领域有着广泛的应用。但由于其具有强极性的特点,吸水率高、尺寸稳定性和电性能差。由于PA66在干态和低温下具有脆性大、冲击强度差的缺点,导致其使用寿命缩短,这些缺陷极大地限制了它的应用。为了改善这些不足,许多科研工作者们试着用其它类型的材料与尼龙66共混最终制得综合性能优异的复合材料,扩大了市场的应用范围。

1 无机纳米粒子共混改性尼龙66

近年来,随着纳米技术的不断研究和发展,纳米粒子添加到塑料中发挥了独特的效果,使塑料纳米复合材料具有优异的力学、热学性能[4,5,6]。

徐翔民等[7]采用熔融共混的方法在双螺杆挤出机上制备出纳米SiO2/尼龙66复合材料,并对其力学性能和热性能进行了研究。结果表明:复合材料的拉伸强度和弹性模量随纳米SiO2含量的增加而提高。当SiO2质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度达到最大,增幅为11.2%;当SiO2质量分数为5%时,弹性模量达到最大,增幅为30.1%。复合材料的储能模量和玻璃化转变温度较纯尼龙66也有明显提高。经差示扫描量热法(DSC)分析显示,纳米SiO2的加入一方面阻碍了尼龙66的结晶过程,降低了材料的结晶温度;另一方面它又能作为形核剂,增加尼龙66的形核位置,提高形核率。

卢会敏等[8,9]利用熔融共混法制备了PA-66/SiO2纳米复合材料,研究了复合材料的形态和力学性能,结果表明:在SiO2含量为3wt%时,复合材料的拉伸强度达到最大,比纯PA-66增加7.6%;SiO2含量为4wt%时,复合材料的缺口冲击强度达到最大,比纯PA-66增加51.3%;复合材料的储能模量和损耗模量也有所增加;其断面呈现出明显的塑性变形。

王红东等[10]将纳米SiC与PA-66经熔融共混制成复合材料,对其力学性能进行了研究,结果显示,SiC能改善PA-66的力学性能,在SiC含量为3%时,复合材料的拉伸强度最大,SiC含量达到10%时,复合材料的冲击强度和耐磨性最佳。

陈研[11]将自制的纳米氢氧化铝经表面有机化处理后与PA-66熔融共混制成复合材料,该复合材料的阻燃性能、拉伸强度、冲击强度均有所改善;添加40份氢氧化铝后,复合材料的极限氧指数从纯PA-66的25提高到29,拉伸强度提高31%,冲击强度提高8.6%;但氢氧化铝含量进一步增加,复合材料的力学性能和阻燃性能均开始逐步变差。

Rajatendu Sengupta等[12]利用溶胶-凝胶法经原位复合制得了PA-66/SiO2纳米复合材料, TGA实验显示,与纯PA-66相比,复合材料的熔融温度稍有下降,但热分解温度提高了20 ℃;动态力学分析(DMA)表明,复合材料的储能模量有显著提高;另外复合材料的杨氏模量和拉伸强度均有明显增加。

张振涛等[13]研究发现,通过熔融共混法制备了纳米硫酸钡增强增韧尼龙66复合材料,研究了纳米硫酸钡含量对增强增韧尼龙66复合材料力学性能的影响。结果表明,纳米硫酸钡对尼龙66有显著的增强增韧作用。尼龙66的韧性、刚性和强度随着纳米硫酸钡含量的增加先增后减,在纳米硫酸钡质量分数为3%时,力学性能最优;对比空白样,缺口冲击强度提高了17.1%,弯曲强度和模量分别提高了5.74%和11.57%,拉伸强度和模量稍有提高。

2 纤维共混改性尼龙66

李丽等[14]将表面活化处理的碳纤维加入到尼龙66树脂中经双螺杆挤出机造粒,再经注射成型得到制品,经测试经过改性之后的碳纤维/尼龙66复合材料,当碳纤维含量在23%时,除冲击强度略有降低之外其它的力学性能都得到成倍的增长。其中拉伸强度达到192 MP,弯曲强度288 MP,分别比纯尼龙66的强度提高了2.4倍和2.9倍。

陈现景等[15]将PA66树脂及其它助剂(0.1%~0.5%的1010抗氧化剂)与短切玻纤(30%)在同向双螺杆挤出机中混合匀化,从喷嘴挤出,经冷却后,由造粒机切割造粒,将粒料在120 ℃于干燥箱中烘干4 h,再放入HTF86X2塑料注塑机料桶中,于设定温控下(约255 ℃)熔融注塑,制得标准拉伸试件和冲击试件等。经测试表明T435D一试10处理的玻纤/PA66复合材料试样力学性能提高更明显,其中拉伸强幅度达到110 MP,弯曲强度达到145 MP,冲击强度达到8 kJ/m2,这可能是因为加入三聚氰胺后,三聚氰胺不但能与PA66反应,而且能与成膜剂聚氨酯发生交联反应,提高了纤维的集束性,在与树脂结合过程中使聚合物间接合更紧密,所以在一定程度上改善了玻纤/PA66的力学性能。

段召华[16]采用自行研制的熔体浸渍包覆长玻纤装置,制备了长玻纤增强尼龙66(LFT-PA66)复合材料。结果表明:长玻纤增强尼龙66的力学性能明显优于短玻纤增强尼龙66(SFT-PA66),相容剂PP-G-MAH的加入增强了界面黏结强度,提高了长玻纤增强尼龙66复合材料的拉伸强度和冲击强度。

樊孝玉等[17]研究发现利用马来酸酐MAH 是极性分子来作为制备超韧尼龙66的优秀增容剂,其界面粘合能大,在增韧剂上接枝MAH,可使增韧剂极性增强,而且MAH分子中的活性基团数羧基可与尼龙66酰胺基团发生化学反应。随着增容剂MAH加入量的增加,复合材料的缺口冲击强度会增大,但若MAH过量,不仅自聚,也容易引起增韧剂的交联凝胶。结果显示,在280 ℃、2%MAH的接枝条件下,EPDM对尼龙66的增韧效果最好[18]。

刘涛等[19]通过熔融挤出法制备了尼龙66/玄武岩纤维复合材料,通过力学性能测试、扫描电子显微镜观察及固体流变仪分析等方法研究了偶联荆种类及含量、玄武岩纤维[20]含量对复合材料力学性能、加工性能和动态力学性能的影响。当KH550质量分数为0.5%时,PA66/玄武岩纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量和缺口冲击强度均达到最大值,分别为205.3、245.2、7375.8 MPa和13.8 kJ/m2。这可能是因为当KH550质量分数小于0.5%时,玄武岩纤维只能被部分KH550浸润偶联,存在裸露,随着KH550含量的增加,玄武岩纤维被浸润程度增大,当KH550质量分数为0.5%时,玄武岩纤维被完全浸润偶联(形成连续分布单分子薄膜层),因而性能达到最高点。当KH550含量继续增加时,在玄武岩纤维表面形成多层KH550分子膜,使得玄武岩纤维表层与PA66物理结合增强,化学结合减弱,因而PA66/玄武岩纤维复合材料的力学性能降低。

沈经纬等[21] 用挤出-拉伸-注塑法制得了增强又增韧的PP/ PA66 原位复合材料,以未经拉伸的普通共混材料作对照,研究了PA66 质量含量(Cd)对材料相形态和力学性能的影响及其作用机制. 结果表明,当Cd由0%增至20%时,原位形成的PA66 纤维数量增多,纤维直径及其分散性以Cd=15%为界先减小后增大,残留的PA66 粒子数也增多;纤维数量的增多和纤维网络的发展导致材料冲击强度持续增高;纤维及粒子对基体的增刚作用使材料杨氏模量增高趋于极限值;受分散相对基体增强效应和两相弱粘结界面缺陷效应的综合影响,材料的拉伸强度以Cd=15%为界先增高后降低。

3 多元复合材料改性PA66

崔巧丽等[22]研究了改性纳米高岭土和马来酸酐接枝乙烯一辛烯共聚物(POE-g-MAH)对PA66/POE-g-MAH/改性纳米高岭土复合体系的力学和形态的影响。结果表明;改性纳米高岭土和POE-g-MAH具有协同增韧的效果,PA66/POE-g-MAH/改性纳米高岭土质量比为100/20/0.2时,复合材料的冲击强度比PA66提高了7.3倍;低温冲击强度比PA66提高了2.7倍;形态研究表明:改性纳米高岭土的加入对POE-g-MAH具有助分散的作用。

肖波等[23]采用熔融共混方法制备了尼龙66(PA66)/热致液晶聚合物(TLCP)/埃洛石纳米管(HNTs)三元复合材料。结果表明,TLCP对PA66起到一定的增强增韧作用,加入HNTs后,PA66/TLCWHNTs三元复合材料的弯曲性能明显提高,含有质量分数10%TLCP和5%HNTs的三元复合材料相比纯PA66,在冲击强度提高32.6%的同时,拉伸强度、弯曲强度、热变形温度分别提高了约16.3%、103%、22 ℃。采用差示扫描量热分析法(DSC)研究了复合材料中TLCP和HNTs对PA66结晶和熔融性能的影响,扫描电子显微镜照片和动态热机械分析表明,HNTs的加入改善了PA66与TLCP的相客性,TLCP在HNTs的作用下能够较好地原位成纤。

甘典松等[24] 用熔融共混方法制备了尼龙(PA)66/热致液晶聚合物(TLCP)/埃洛石纳米管(HNTs)复合材料,研究了其热性能、微观形态及力学性能。结果表明,当TLCP的质量分数为4%、HNTs的质量分数为15%时,复合材料的综合性能最佳。其拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度及弯曲弹性模量相比纯PA66分别提高了30.4%、76.9%、34.4%、91.7%。熔体的加工流动性得到改善,PA66/TLCP/HNTs复合材料的吸水性能明显降低。少量的TLCP有利于提高PA66/TLCP复合材料的结晶性能和熔融温度;HNTs的加入能提高复合材料的结晶温度,与基体有较好的界面结合;TLCP及HNTs能在基体中均匀地分散,TLCP在PA66/TLCP/HNTs复合材料中形成微纤结构,且沿纤维轴方向取向。

王维等[25]用熔融共混方法制备了聚苯硫醚(PPS)/尼龙-66(PA66)/埃洛石纳米管(HNTs)复合材料,研究了其力学性能、热性能及其微观形态。结果表明:当PPS/PA66的比为60/40、HNTs的含量为30%时,复合材料具有较好的性能。复合材料的拉伸强度、弯曲模量及缺口抗冲击强度相对纯PPS分别提高了36.6%、163.5%、104%。DSC的分析说明PPS与PA66两组分在熔体中有一定的相容性及相互作用。扫描电子显微镜(SEM)显示,PA66呈链珠状分散于PPS基体中,HNTs在PPS/PA66体系中具有很好的分散性,并形成微纤状结构。相容剂的加入有利于改善PPS/PA66之间的界面结合以及HNTs在复合体系中的分散效果。

4 其它改性PA66

柯林萍等[26]用熔融共混法制备了有机化荣脱石填充的尼龙66复合材料,通过差示扫描量热分析(DSC)、偏光显微镜照片(POM)和动态力学分析(DMA)等手段研究了复合材料的非等温结晶过程、结晶形态和球晶尺寸、动态力学行为等。并与普通尼龙66进行了比较,发现经过有机化蒙脱石填充的尼龙66的结晶速率比较快,球晶尺寸较小,弹性模量较大。

何素芹等[27]用熔融共混法制备了一系列蛭石填充尼龙66复合材料,测试了复合材料的力学性能,用SEM、DSC、WAXD和HA胀E-Ⅱ高压毛细管流变仪等方法研究了复合材料的微观结构、非等温结晶过程和结构、流变性能。结果表明:蛭石的加入提高了尼龙66的拉伸性能和弯曲性能。随蛭石填充量的增加,尼龙66复合材料的拉伸强度变化不大,均提高了约12%;弹性模量、弯曲强度和弯曲模量基本呈线性上升趋势,当填充量为26%时,分别提高了116%、32%、55%;当填充量小于16%时,冲击强度降低不多,但填充量大于16%时,冲击强度降低较多;蛭石对尼龙66具有有效的异相成核的作用。与纯尼龙66相比,蛭石填充复合材料的结晶温度升高,过冷度降低,结晶峰半高宽减小,半结晶周期减小;蛭石在尼龙66基体中分散较均匀,部分蛭石粒径在纳米级,蛭石与尼龙66树脂之间有较好的粘结;蛭石的加入使尼龙66非牛顿指数减小,尼龙66对剪切力敏感性下降。

5 结 语

尼龙基复合材料 第5篇

关键词：无卤,阻燃,PA612

在电子电器领域,尼龙6和尼龙66由于优异的电性能、耐热性能、综合的刚性以及韧性而被广泛的使用。但是尼龙6和尼龙66自身吸湿率高,纯PA6在空气中的平衡吸湿率接近3% ,饱和吸水率更是接近9. 5% ; 纯PA66的平衡吸湿率约为2. 8% ,饱和吸水率约为8. 5% 。高吸水率带来实际使用过程中强度的降低[1],电性能的下降[2]以及尺寸的变化[3]。这就决定了普通尼龙6和尼龙66无法满足对电性能以及尺寸要求非常高的场合。尼龙612由于分子结构中含有长的脂肪链,所以其分子链间酰胺键的比例下降,使得其饱和吸水率大大降低,只有1. 5% 。因此在有些普通尼龙6和尼龙66无法满足应用要求的场合,可以试用尼龙612来代替。

考虑到电子电器的零部件大部分都有阻燃的要求,目前常用的阻燃剂有溴化苯乙烯、十溴二苯乙烷、红磷以及次磷酸盐等[4]。溴化苯二烯和十溴二苯乙烷虽然可以满足欧盟的一些法规要求,但是其燃烧过程中仍然会生产有毒的卤素气体; 而红磷阻燃剂在使用过程中受颜色限制严重,而且产品在使用过程中还存在磷酸的析出对嵌件的腐蚀; 次磷酸盐作为无卤环保的阻燃剂,是未来的一个发展方向。虽然目前国外大公司已有成熟的产品供应,但是受专利保护和成本的限制,目前仍没有大批量推广。

本研究基于以上分析,采用氢氧化物作为阻燃剂,并复配阻燃协效剂,成功制备了达到阻燃V0的的无卤环保阻燃尼龙612复合材料。

1 实验部分

1. 1 主要原料

尼龙612( 注塑级) ,山东东辰; 玻璃纤维( 通用级) ,山东泰山玻纤; POE - G - MAH( GR216) ,陶氏化学; 氢氧化镁( H- 5V) ,德国雅宝; 协效阻燃剂 ( FR801 ) ,公司自制; 偶联剂( KH550) 。

1. 2 主要设备

CPM - TSE - 35双螺杆挤出机,南京瑞亚挤出机械制造有限公司; CH - 50注塑机,台湾震雄注塑机有限公司; CMT6104电子万能拉力机,美特斯工业系统( 中国) 有限公司; ZBC1400- A摆锤式冲击试验机,美特斯工业系统 ( 中国 ) 有限公司HVR - JT水平垂直燃烧试验仪,上海竟田测试设备有限公司SHR - 300A高速搅拌机,张家港贝斯特机械有限公司。

1. 3 实验过程

1. 3. 1 氢氧化镁预处理

将氢氧化镁在高速搅拌机中以400 rpm的速度搅拌,然后从搅拌机的液体加液口加入偶联剂后继续搅拌20 min,出料。

1. 3. 2 样料制备

将尼龙612在90℃鼓风干燥箱中干燥10 h除去水分,将干燥好的尼龙612、预处理的氢氧化镁、协效阻燃剂、增韧剂按比例加入高速搅拌机以400 rpm的速度搅拌5 min,出料得到预混物。将预混物加入双螺杆挤出机加料斗,通过侧喂料加入30% 短切玻璃纤维,然后拉条,冷却,切粒,包装。螺杆转速480 rpm,挤出机加料段到口模的温度依次为: 210℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、240℃。

1. 3. 3 试样制备

将样料于90℃鼓风干燥箱干燥10 h,干燥后按UL94标准注塑样条测试阻燃性能,按ISO标准注塑力学性能测试样条;注塑压力90 MPa,注塑机加料段至喷嘴的温度依次设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、255℃。

2 结果与讨论

2. 1 不同组分氢氧化镁对尼龙 612 燃烧性能的影响

为了研究氢氧化镁加入量对尼龙612燃烧性能的影响,本实验分别测试氢氧化镁含量分别为30% ,40% ,50% 时材料的燃烧性能,不同组分的氢氧化镁对尼龙612燃烧性能测试结果如表1。

从表1可知,随着氢氧化镁含量的提高,尼龙612的阻燃性能不断的提高,当氢氧化镁含量达到50% 时,材料的燃烧性能可达到UL94 V - 0级。氢氧化镁在受热分解时释放大量的水,吸收了燃烧物表面的热量,产生的氧化镁附着于燃烧物的表面隔绝了空气,从而起到阻燃作用。由上述实验可知,氢氧化镁加入量为30% 时,氢氧化镁分解产生的水和隔绝空气的氧化镁远不足以阻止燃烧的进行; 当氢氧化镁添加量为40% 时,材料的阻燃性能接近V - 0级; 当氢氧化镁添加量为50% 时,材料的燃烧性能虽然达到UL94 V - 0级,但对材料的性能影响很大。为了提高材料的综合使用性能,本实验使用自制的无机矿物协效阻燃剂和40% 氢氧化镁复配做进一步研究。

2. 2 协效阻燃剂和氢氧化镁复配对尼龙 612 燃烧性能的影响

为了研究协效阻燃剂和氢氧化镁复配对尼龙612燃烧性能的影响,采用40% 氢氧化镁复配1. 0% ,3. 0% ,5. 0% 协效阻燃剂,测试材料燃烧性能。

不同组分协效阻燃剂复配40% 氢氧化镁对尼龙612燃烧性能的测试结果如表2。

从表2可知,当氢氧化镁的含量为40% 时,协效阻燃剂的加入对尼龙612的燃烧性能有明显改善,当添加量为1% 时,部分样条开始达到UL94 V - 0级阻燃性能,当添加量为3% 时,所有的5根样条都达到UL94 V - 0级要求,继续添加协效阻燃剂的含量,阻燃性能继续维持。由实验结果可知,加入协效阻燃剂可以降低氢氧化镁的添加量,提高阻燃效果。由上述实验得出,当HI -5V/FR801 =40% /3. 0%时,材料就可以达到UL94 V- 0级,继续添加FR801的含量,阻燃性能维持,由于考虑到FR801的价格相对较贵,因此实验确定的最佳配比为HI - 5V /FR801 = 40% /3. 0% 。大量无机物的填充,使得材料的力学性能受到影响,为了进一步提高材料的综合使用性能,我们选用陶氏化学的增韧剂GR216对材料的力学性能进行进一步分析。

2. 3 增韧剂对无卤阻燃尼龙 612 力学性能的影响

为了研究增韧剂对无卤阻燃尼龙612力学性能的影响,我们在HI - 5V/FR801 = 40% /3. 0% 的基础上,分别加入2% ,4% ,6% 的增韧剂,并制备样条测试材料的力学性能和阻燃性能。测试结果如表3。

备注: HI - 5V: 40% ; FR801: 3. 0% 。

加入大量的氢氧化镁的加入,使得无机物填充量的百分比大大增加,由于无机物本身的韧性较差,且两种介质的混合存在一定的相容性问题,使得尼龙612材料本身的韧性大大降低,加入增韧剂能改善材料的韧性[5]。但过多的增韧剂会影响材料的阻燃性能,因此实验确定了增韧剂为2% ,4% ,6% 三个添加水平,由表3可知,当增韧剂的添加量为2% 时,材料的缺口冲击强度偏低,韧性较差,进一步增加增韧剂的含量,当增韧剂加入量4% 时,材料的强度,韧性,阻燃性能均达到了预期的实验目的,进一步增加增韧剂的含量,材料的阻燃性能下降,不能满足UL94 V - 0级要求。因此本实验确定的增韧剂的最佳添加量为4% 。

3 结 论

( 1) 随着氢氧化镁含量的增加,尼龙612的阻燃性能不断提高,当氢氧化镁含量达到50% 时,材料的燃烧性能达到UL94 V - 0级。

( 2) 在协效阻燃剂的作用下,减少氢氧化镁的添加量就能达到UL94 V - 0级阻燃要求。

( 3) 通过加入增韧剂可以提高材料的韧性,使材料具有一定强度的同时保持柔韧性,提高材料的综合使用性能。

参考文献

[1]李晖,魏莉萍,王湘明,等.吸水率对尼龙66力学性能的影响研究[J].工程塑料应用,2008,36(8):64-67.

[2]吴博,庞承焕.吸水率对尼龙介电强度的影响研究[J].塑料工业,2010,38(6):44-46.

[3]刘爽,蒋敏,董华静,等.尼龙制件吸湿变形及预防措施研究[J].塑料科技,2007,35(4):54-56.

[4]彭治汉.尼龙工程塑料阻燃技术新进展[J].阻燃材料与技术,2003(4):1-4.

尼龙基复合材料 第6篇

用玻璃纤维与树脂配合后能提高基体的物理力学性能, 其增强效果主要依赖于纤维材料与基体的牢固粘接, 使塑料所受负荷能转移到高强度纤维上, 并将负荷由局部传递到较大范围甚至于整个物体。采用纤维增强尼龙可以成倍提高尼龙的强度, 大幅度提高其热变形温度, 是制造高强度耐热尼龙的有效途径。表1是玻纤增强型PA66与纯PA66的性能对比。

玻璃纤维对性能的影响:

一、玻璃纤维单纤的直径对增强PA的力学性能有较大的影响。

一般来说, 玻璃纤维直径控制在10~20μm范围内, 玻璃纤维直径太粗, 与PA的粘接性就差, 引起产品力学性能下降。玻璃纤维太细时, 易被螺杆剪切成细微粉末, 从而失去纤维的增强作用。纤维直径对增强PA66力学性能的影响见表2。

二、纤维长度是决定纤维增强复合材料的又一主要因素。

玻纤长度对复合材料拉伸强度的贡献可以从两个方面来理解:一方面是在玻纤长度小于临界长度的情况下, 随着玻纤长度的增加, 玻纤与树脂的界面面积增大, 复合材料断裂时, 玻纤从树脂中抽出的阻力加大, 从而提高了承受拉伸载荷的能力。另一方面, 玻纤长度的增加可使部分玻纤的长度达到临界长度。当复合材料断裂时伴随着更多玻纤的断裂, 同样使承受拉伸载荷的能力提高。在承受弯曲载荷的情况下, 复合材料承载而受压、继而受拉。弯曲性能对玻纤长度的依赖关系与拉伸性能的情形基本一致。在冲击载荷作用下, 较长玻纤的抽出或断裂可吸收大量冲击能, 从而使复合材料的冲击强度明显提高。

三、玻璃纤维增强尼龙材料是较为常用的纤维增强改性方法。

玻璃纤维具有高强度、耐热、绝缘性好等特点, 与其它纤维相比较, 玻璃纤维的价格低廉, 是廉价髙性能增强材料。玻纤在增强塑料中的分散形式有平行排列、相互垂直、杂乱排列、织物形状排布等, 对制品的力学性能都有很大影响。玻纤含量对塑料制品的力学性能也有很大影响。不同玻纤含量对尼龙性能的影响见表3。

改性尼龙66高铁专用材料探讨 第7篇

聚己二酰己二胺, 俗称尼龙66, 简称PA66, 是世界上最重要的工程塑料之一, 它具有机械强度高、刚性大、熔点高、比重小、耐摩擦、耐油性、耐热性好等优点, 广泛应用于交通运输业、医疗器械、电子工业、生活用品、体育用品等领域。但由于它含有大量酸胺基, 吸水性强, 导致其尺寸不稳定, 性能较差, 此外, 耐磨擦性、耐热性、稳定性等方面也有待提高。随着我国经济的不断发展, 人口数量不断增加, 人们对高速铁路的关注逐渐提高, 如何增加尼龙66的性能至关重要。但目前我国尼龙制备技术尚不成熟, 迫切需要探寻一种新型尼龙材料的制备技术。对聚酞胺材料的改性主要包括接枝共聚、共混、填充和增强等方法。本文采用双螺杆挤出加工工艺, 主要针对尼龙66材料的耐摩擦性和增韧性两方面进行改性。探讨玻璃纤维含量、增韧剂种类及含量对尼龙66使用性能的影响, 得出了最佳制备条件。本文对尼龙66的改性进行了探讨, 旨在提高其强度与韧性, 使其更好地应用于我国的交通行业。

1 实验部分

1.1 实验原料

尼龙66, 美国杜邦公司;玻璃纤维, 北京兴旺玻璃纤维有限公司;聚乙烯辛烯共聚弹性体 (POE) , 海口市嘉信化工贸易有限公司;聚四氟乙烯分散树脂 (PTFE) , JTF-305浙江街州万能达科技有限公司生产;马来酸酐 (MAH) , 市售;马来酸酐接枝PE, GR320美国陶氏;三元乙丙橡胶 (EPDM) , 广州昊华贸易有限公司。

1.2 仪器及设备

冲击试验机, XJJ-50承德市金建检测仪器有限公司;同向双螺杆挤出机, KS2000昆山科信橡塑机械有限公司;注塑机, JPH-120广东泓利机器有限公司;洛氏硬度计, XHR-150上海材料试验机厂;高速混合机, GH-10北京塑料机械厂;塑料洛氏硬度计, XHR-150莱州华仪试验仪器有限公司。

1.3 工艺流程

2 结果与讨论

2.1 聚四氟乙烯 (PTFE) 填充量对尼龙66性能的影响

聚四氟乙烯 (PTFE) 具有较低的摩擦系数, 较高的耐热性、不燃性, 使用温度范围广等优点, 广泛地应用于国防、航空航天、机械等行业中。本实验通过将聚四氟乙烯 (PTFE) 填充到尼龙66中来进行改性, 将大大提高尼龙66的耐磨擦性、力学性能、抗热性能等。结果如图1所示。

从图1可以看出:随着聚四氟乙烯 (PTFE) 含量的增加, 材料的摩擦系数呈减小-上升趋势。当PTFE填充量为9%时, 材料的摩擦系数降到最低, 这可能是因为PTFE比较均匀地分散在基体树脂中, 从而提高了尼龙66的耐摩擦性能。摩擦系数在PTFE含量大于9%时增大的原因可能为:体系的摩擦方式由以勃着效应为主的形式向以犁沟效应为主的形式转变。总之, PTFE的填充在一定程度了降低了尼龙66的摩擦系数, 提高了尼龙材料的耐摩擦性能。

2.2 玻璃纤维含量对尼龙66性能的影响

在尼龙66中填充玻璃纤维材料, 可以使尼龙66的弯曲强度、拉伸强度、缺口冲击强度等性能大幅度提高。玻璃纤维含量对尼龙66性能的影响如表1所示。

从表1可以看出, 玻璃纤维含量对尼龙66的拉伸强度、缺口冲击强度以及弯曲强度均有显著影响。随着玻璃纤维含量的增加, 拉伸强度、缺口冲击强度以及弯曲强度均呈上升趋势。这表明玻璃纤维和尼龙66共混时, 形成了有效的界层面, 且界面层面积随着玻璃纤维含量的增加不断增加, 应力的传递效率也随之增加, 从而使体系韧性增强。但玻璃纤维含量超过一定范围之后, 会使挤出机背压提高, 可能会堵塞螺杆, 不利于尼龙66材料的应用。综合考虑, 玻璃纤维含量应控制在25%左右时, 此时尼龙66性能最优, 能满足我国高铁对尼龙材料的特殊要求。

2.3 不同增韧剂对尼龙66性能的影响

由于尼龙66具有韧性低、耐寒性差等缺陷, 改善尼龙材料的韧性是不可忽视的问题。一般主要用热塑性弹性体或橡胶弹性体的接枝物来增强尼龙的韧性。我们分别采用三种增韧剂, 马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝EPDM, 对尼龙66材料进行改性。不同种类、不同含量的增韧剂对尼龙材料的影响结果如图2所示。

从图2可知, 随着增韧剂马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝POE和马来酸酐接枝EPDM质量分数的增加, 尼龙66的冲击强度均呈上升趋势。但马来酸酐接枝POE对尼龙66材料的增韧效果最好。当增韧剂含量在30%左右时, 尼龙66的冲击韧性最强。当增韧剂含量超过30%后, 上升趋势逐渐缓慢, 最终趋于平稳。这可能是因为马来酸酐是尼龙66良好的增溶剂, 从而使尼龙66的韧性得到提高。

3 总结

随着我国交通事业的迅速发展, 高速铁路越来越受到人们关注。针对我国目前尼龙材料制备技术不成熟的现状, 为满足客运专线的高承载、少维护、高质量要求, 迫切需要对尼龙66材料进行改性。本文通过采用双螺杆挤出加工工艺, 对尼龙66材料的增强增韧和耐摩擦性两方面进行研究, 得出当玻璃纤维含量为25%时, 选用马来酸酐接枝POE进行改性且将其含量控制在30%左右, 将在很大程度上提高尼龙66的增韧性能。同时控制聚四氟乙烯 (PTFE) 的填充量为9%时, 尼龙66的耐摩擦性能最强。总之, 通过对尼龙66材料的不断改进, 制备出满足我国高铁事业需求的尼龙66材料。

参考文献

[1]吴智强, 王鑫, 毛昆朋, 等.尼龙66高铁专用材料的研究[J].塑料工业, 2012, 40 (1) :32-34.

[2]刘天涛.PA66/PTFE复合材料的制备与性能研究[D].北京化工大学, 2011.

[3]申长雨, 陈静波.塑料成型新工艺[J].工程塑料应用, 2000, 45 (3) :32-35.

[4]陈天舒.改性尼龙66的研制及其性能研究[D].哈尔滨工程大学, 2005.

[5]李听, 黄利强, 邱庆文.尼龙改性的研究进展[J].中国塑料, 2001, 15 (2) :16.