玻纖增強(qiáng)尼龍66的抗高溫?zé)嵫趵匣芯?/h1>
2014-11-28 02:26:08王浩江雷祖碧
合成材料老化與應(yīng)用 2014年6期
王 飛，王浩江，雷祖碧
(廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州510665)
尼龍66 具有高機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)藥品、耐油、耐磨、自潤(rùn)滑、易于加工成型等一系列優(yōu)異性能，已成為目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熱塑性工程塑料之一。但在一些需要高強(qiáng)度、高剛性和高尺寸穩(wěn)定性的應(yīng)用領(lǐng)域，如電鉆和電機(jī)外殼、泵葉輪、軸套、滑輪、工具把手、軸承、柴油機(jī)和空調(diào)全塑風(fēng)扇等，還不能滿足要求，而通過玻璃纖維對(duì)尼龍66 進(jìn)行增強(qiáng)改性可較好的解決其在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用問題。其中，在一些諸如軸承、柴油機(jī)風(fēng)扇等應(yīng)用領(lǐng)域，玻纖增強(qiáng)尼龍66 常常面臨高溫?zé)嵫趵匣膯栴}。這是因?yàn)槟猃?6 在加工和使用過程中，在熱、氧作用下會(huì)發(fā)黃變脆，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度的明顯下降。雖然以玻纖對(duì)尼龍66 進(jìn)行增強(qiáng)改性，可適度提高尼龍66 的耐熱性［1－2］，但不能很好地解決問題，而通過向玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料中添加抗熱氧老化助劑可取得較好的效果。
通常，尼龍所用的抗熱氧老化穩(wěn)定劑主要分為兩大類:一是能使自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)終止的鏈終止劑，如受阻酚、芳香胺、金屬銅鹽等;二是能抑制自由基反應(yīng)的抑制類穩(wěn)定劑，如亞磷酸酯類。研究表明，自由基終止類和抑制自由基反應(yīng)類抗氧劑并用對(duì)尼 龍 具 有 較 好 的 抗 氧 化 作 用［3－7］，如 抗 氧 劑1010/168、1098/168、銅鹽/KI/168 等復(fù)配體系，但金屬銅鹽類［8］和芳香胺類抗氧劑［3］卻有易使尼龍著色的缺點(diǎn)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過以市場(chǎng)現(xiàn)有抗氧劑進(jìn)行復(fù)配，開發(fā)了一種適于玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的新型復(fù)配抗氧體系LS－21，將其用于玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的抗高溫?zé)嵫趵匣男?，并研究了其?duì)復(fù)合材料在180℃下老化不同時(shí)間的力學(xué)性能的影響，同時(shí)亦與常用的1098/168 抗氧體系進(jìn)行了對(duì)比。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原料
尼龍66:河南平頂山神馬公司;玻璃纖維988a:市售;抗氧劑1098 和抗氧劑168:市售;抗氧劑LS－21，自配。
1.2 設(shè)備及測(cè)試儀器
TDS－35C 型同向雙螺桿擠出機(jī)，南京諾達(dá)鑫業(yè)擠出設(shè)備有限公司;BT－80V-I 型注塑機(jī)，廣州博創(chuàng)有限公司;H10K-S 型萬能材料試驗(yàn)機(jī)，英國Hounsfield 公司;XJF－5.5 型復(fù)合式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司;PHH101 高溫試驗(yàn)箱，廣州愛思佩克環(huán)境儀器有限公司。
1.3 試樣制備
將尼龍66、抗氧劑及其它助劑按配比經(jīng)高速攪拌機(jī)混合均勻后，與玻璃纖維經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出造粒，擠出溫度范圍為210℃～275℃。粒料在90℃的鼓風(fēng)烘箱中烘3h 后注塑成測(cè)試用國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)試樣。其中，1#樣品未添加抗氧劑，2#樣品添加了1098/168(1 ∶1)抗氧劑(用量0.8%)，3#樣品添加了LS－21 抗氧劑(用量0.8%);三個(gè)樣品的玻纖含量分別為33.17%、32.96%和33.58%。
1.4 測(cè)試與表征
拉伸試驗(yàn)按GB/T 1040－2006 進(jìn)行，拉伸速率為10mm/min;懸臂梁缺口沖擊試驗(yàn)按GB/T 1843－2008 進(jìn)行，擺錘能量5.5J;熱氧老化條件為180℃下老化250h、500h、800h 和1000h。
2 結(jié)果與討論
2.1 抗氧劑對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 初始力學(xué)性能的影響
以玻璃纖維對(duì)尼龍66 進(jìn)行增強(qiáng)改性，可以使尼龍66 的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能得到大幅提高，但玻璃纖維在雙螺桿擠出機(jī)料筒中易與物料、螺桿和料筒內(nèi)壁發(fā)生擠壓和摩擦，并產(chǎn)生大量的摩擦熱，往往使得擠出機(jī)料筒內(nèi)物料實(shí)際溫度遠(yuǎn)高于擠出機(jī)顯示溫度，這樣的高溫極易導(dǎo)致尼龍66 發(fā)生熱氧老化降解，并使復(fù)合材料的力學(xué)性能降低。因此，首先研究了抗氧劑對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料初始力學(xué)性能的影響，結(jié)果如表1 所示。
表1 玻纖增強(qiáng)尼龍66 的初始力學(xué)性能Table 1 The initial mechanical properties of glass fiber reinforced polyamide 66 composites
由表中數(shù)據(jù)可知，未添加抗氧劑的1#樣品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度均低于2#和3#樣品的相應(yīng)性能，這表明添加抗氧劑可以有效阻滯尼龍66 在加工過程中的熱氧老化降解，顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。同時(shí)，添加LS－21 抗氧劑體系的3#樣品的力學(xué)性能均優(yōu)于添加1098/168 抗氧劑體系的2#樣品的相應(yīng)性能，表明LS－21 抗氧劑體系具有更佳的抗熱氧老化降解效果，對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的初期加工穩(wěn)定化作用。
2.2 玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料老化不同時(shí)間的拉伸性能
圖1 和圖2 比較了不同抗氧體系改性的玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料在180℃下經(jīng)不同老化時(shí)間后的拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度保持率的變化。由圖可知，1#、2#和3#樣品的拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度保持率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)閺?fù)合材料的前期熱氧老化處理過程相當(dāng)于一個(gè)退火過程，尼龍66 的分子鏈段在熱作用下進(jìn)行重排，使得其不完善結(jié)晶趨于完善，球晶尺寸變大，結(jié)晶度提高［9］，這時(shí)材料的后結(jié)晶對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的提高作用遠(yuǎn)大于熱氧老化帶來的降低作用，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度反而提高。之后，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，尼龍66 的后結(jié)晶過程趨于穩(wěn)定，熱氧老化帶來的負(fù)面作用逐漸顯現(xiàn)，復(fù)合材料的拉伸性能進(jìn)而逐漸下降。
圖1 180℃下玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨老化時(shí)間的變化Fig.1 The tensile strength of the glass fiber reinforced polyamide 66 composites as a function of the aging time at 180℃
圖2 180℃下玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度保持率隨老化時(shí)間的變化Fig.2 The retention of tensile strength of the glass fiber reinforced polyamide 66 composites as a function of the aging time at 180℃
未添加抗氧劑的1#樣品，在老化500h 后，拉伸強(qiáng)度即明顯低于其初始性能，熱氧老化降解嚴(yán)重，而添加了抗氧劑的2#和3#樣品經(jīng)500h 的熱氧老化后的拉伸強(qiáng)度仍高于其初始性能，到老化800h 后才低于其初始性能。三個(gè)樣品經(jīng)1000h 老化后，1#樣品的拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度保持率分別為85.6MPa和58.0%，2#樣品的拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度保持率分別為121.9MPa 和77.4%，而3#樣品的相應(yīng)性能為139.8MPa 和88.0%。這表明，抗氧劑的加入有效延緩了復(fù)合材料的熱氧老化降解，且抗氧體系LS－21 對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料具有更好的高溫?zé)嵫趵匣雷o(hù)效果。
2.3 玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料老化不同時(shí)間的缺口沖擊性能
不同抗氧體系改性的玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料在180℃下經(jīng)不同老化時(shí)間后的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率的變化分別如圖3 和圖4所示。
圖3 180℃下玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨老化時(shí)間的變化Fig.3 The notched impact strength of the glass fiber reinforced polyamide 66 composites as a function of the aging time at 180℃
圖4 180℃下玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度保持率隨老化時(shí)間的變化Fig.4 The retention of notched impact strength of the glass fiber reinforced polyamide 66 composites as a function of the aging time at 180℃
由圖可知，與復(fù)合材料拉伸性能的變化不同，三個(gè)樣品的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率均隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低。這是因?yàn)樵诶匣^程中，尼龍66 復(fù)合材料發(fā)生熱氧老化降解，在材料中形成越來越多對(duì)沖擊敏感的缺陷，導(dǎo)致材料缺口沖擊強(qiáng)度的下降。另外，在復(fù)合材料前期熱氧老化過程中，尼龍66 的后結(jié)晶過程使得其球晶尺寸變大，導(dǎo)致復(fù)合材料脆性的增加也是其缺口沖擊強(qiáng)度下降的原因之一［5］。
從圖中還可以明顯看到，復(fù)合材料經(jīng)不同時(shí)間老化后，添加了抗氧劑的2#和3#樣品的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率均明顯高于未添加抗氧劑的1#樣品的相應(yīng)性能，表明抗氧劑的加入有效阻滯了復(fù)合材料的熱氧老化降解，延緩了沖擊性能的降低。
經(jīng)1000h 熱氧老化后，未添加抗氧劑的1#樣品的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率分別為8.23kJ/m2和57.6%，添加1098/168 抗氧體系的2#樣品的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率分別為10.1kJ/m2和63.5%，而添加LS－21 抗氧體系的3#樣品的相應(yīng)性能為12.6kJ/m2和71.2%，可見抗氧體系LS－21 具有比1098/168 體系更為突出的長(zhǎng)期抗高溫?zé)嵫趵匣饔谩?/p>
3 結(jié)論
(1)在玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料加工過程中，添加抗氧劑的復(fù)合材料的初始力學(xué)性能均高于未添加抗氧劑的復(fù)合材料材料的相應(yīng)性能;在180℃下經(jīng)不同老化時(shí)間的熱氧老化試驗(yàn)后，添加抗氧劑的復(fù)合材料的拉伸和缺口沖擊強(qiáng)度及其性能保持率均明顯優(yōu)于未添加抗氧劑的復(fù)合材料的相應(yīng)性能。
(2)1098/168 和LS－21 抗氧劑體系相比，后者對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料表現(xiàn)出更為優(yōu)異的初期加工穩(wěn)定性和長(zhǎng)期抗高溫?zé)嵫趵匣€(wěn)定性。
［1］陳金周，王兆麟，等. 玻璃纖維增強(qiáng)尼龍1010的輻射穩(wěn)定性研究［J］. 高分子材料科學(xué)與工程，1995，11(2):127－129.
［2］陳金周，張書勝，等. 玻纖增強(qiáng)石油發(fā)酵尼龍的熱穩(wěn)定性研究［J］. 塑料工業(yè)，1995 (6):23－24.
［3］李榮富，孫濤，胡興洲. 聚酰胺熱氧穩(wěn)定化研究［J］. 合成材料老化與應(yīng)用，1998(4):7－17.
［4］李榮富，胡興洲. 金屬雜質(zhì)對(duì)聚酰胺熱氧化降解的影響［J］. 合成材料老化與應(yīng)用，1999(1):5－12.
［5］Cerruti P，Carfagna C. Thermal-oxidative degredation of polyamide 6，6 containing metal salts［J］.Polymer Degradation and Stability，2010，95:2405－2412.
［6］EI-Mazry C，Ben Hassine M，Correc O，Colin.X. Thermal oxidation kinetics of additive free polyamide 6，6［J］. Polymer Degradation and Stability，2013，98:22－36.
［7］Demco D E，Litvinov V M，Rata G，et al. Investigation of Thermal Aging of Polyamide 4，6 by1H Solid-State NMR［J］. Macromolecular Chemistry and Physics，2007，208:2085－2095.
［8］Lanska B. Stabilization of polyamides—I. The efficiency of antioxidants in polyamide 6［J］. Polymer Degradation and Stability，1996，53 (1):89－98.
［9］Shu Y，Ye L，Yang T. Study on the Long-Term Thermal-Oxidative Aging Behavior of Polyamide 6［J］. Journal of Applied Polymer Science，2008，110:945－957.
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尼龍66 具有高機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)藥品、耐油、耐磨、自潤(rùn)滑、易于加工成型等一系列優(yōu)異性能，已成為目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熱塑性工程塑料之一。但在一些需要高強(qiáng)度、高剛性和高尺寸穩(wěn)定性的應(yīng)用領(lǐng)域，如電鉆和電機(jī)外殼、泵葉輪、軸套、滑輪、工具把手、軸承、柴油機(jī)和空調(diào)全塑風(fēng)扇等，還不能滿足要求，而通過玻璃纖維對(duì)尼龍66 進(jìn)行增強(qiáng)改性可較好的解決其在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用問題。其中，在一些諸如軸承、柴油機(jī)風(fēng)扇等應(yīng)用領(lǐng)域，玻纖增強(qiáng)尼龍66 常常面臨高溫?zé)嵫趵匣膯栴}。這是因?yàn)槟猃?6 在加工和使用過程中，在熱、氧作用下會(huì)發(fā)黃變脆，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度的明顯下降。雖然以玻纖對(duì)尼龍66 進(jìn)行增強(qiáng)改性，可適度提高尼龍66 的耐熱性［1－2］，但不能很好地解決問題，而通過向玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料中添加抗熱氧老化助劑可取得較好的效果。
通常，尼龍所用的抗熱氧老化穩(wěn)定劑主要分為兩大類:一是能使自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)終止的鏈終止劑，如受阻酚、芳香胺、金屬銅鹽等;二是能抑制自由基反應(yīng)的抑制類穩(wěn)定劑，如亞磷酸酯類。研究表明，自由基終止類和抑制自由基反應(yīng)類抗氧劑并用對(duì)尼 龍 具 有 較 好 的 抗 氧 化 作 用［3－7］，如 抗 氧 劑1010/168、1098/168、銅鹽/KI/168 等復(fù)配體系，但金屬銅鹽類［8］和芳香胺類抗氧劑［3］卻有易使尼龍著色的缺點(diǎn)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過以市場(chǎng)現(xiàn)有抗氧劑進(jìn)行復(fù)配，開發(fā)了一種適于玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的新型復(fù)配抗氧體系LS－21，將其用于玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的抗高溫?zé)嵫趵匣男?，并研究了其?duì)復(fù)合材料在180℃下老化不同時(shí)間的力學(xué)性能的影響，同時(shí)亦與常用的1098/168 抗氧體系進(jìn)行了對(duì)比。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原料
尼龍66:河南平頂山神馬公司;玻璃纖維988a:市售;抗氧劑1098 和抗氧劑168:市售;抗氧劑LS－21，自配。
1.2 設(shè)備及測(cè)試儀器
TDS－35C 型同向雙螺桿擠出機(jī)，南京諾達(dá)鑫業(yè)擠出設(shè)備有限公司;BT－80V-I 型注塑機(jī)，廣州博創(chuàng)有限公司;H10K-S 型萬能材料試驗(yàn)機(jī)，英國Hounsfield 公司;XJF－5.5 型復(fù)合式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司;PHH101 高溫試驗(yàn)箱，廣州愛思佩克環(huán)境儀器有限公司。
1.3 試樣制備
將尼龍66、抗氧劑及其它助劑按配比經(jīng)高速攪拌機(jī)混合均勻后，與玻璃纖維經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出造粒，擠出溫度范圍為210℃～275℃。粒料在90℃的鼓風(fēng)烘箱中烘3h 后注塑成測(cè)試用國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)試樣。其中，1#樣品未添加抗氧劑，2#樣品添加了1098/168(1 ∶1)抗氧劑(用量0.8%)，3#樣品添加了LS－21 抗氧劑(用量0.8%);三個(gè)樣品的玻纖含量分別為33.17%、32.96%和33.58%。
1.4 測(cè)試與表征
拉伸試驗(yàn)按GB/T 1040－2006 進(jìn)行，拉伸速率為10mm/min;懸臂梁缺口沖擊試驗(yàn)按GB/T 1843－2008 進(jìn)行，擺錘能量5.5J;熱氧老化條件為180℃下老化250h、500h、800h 和1000h。
2 結(jié)果與討論
2.1 抗氧劑對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 初始力學(xué)性能的影響
以玻璃纖維對(duì)尼龍66 進(jìn)行增強(qiáng)改性，可以使尼龍66 的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能得到大幅提高，但玻璃纖維在雙螺桿擠出機(jī)料筒中易與物料、螺桿和料筒內(nèi)壁發(fā)生擠壓和摩擦，并產(chǎn)生大量的摩擦熱，往往使得擠出機(jī)料筒內(nèi)物料實(shí)際溫度遠(yuǎn)高于擠出機(jī)顯示溫度，這樣的高溫極易導(dǎo)致尼龍66 發(fā)生熱氧老化降解，并使復(fù)合材料的力學(xué)性能降低。因此，首先研究了抗氧劑對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料初始力學(xué)性能的影響，結(jié)果如表1 所示。
表1 玻纖增強(qiáng)尼龍66 的初始力學(xué)性能Table 1 The initial mechanical properties of glass fiber reinforced polyamide 66 composites
由表中數(shù)據(jù)可知，未添加抗氧劑的1#樣品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度均低于2#和3#樣品的相應(yīng)性能，這表明添加抗氧劑可以有效阻滯尼龍66 在加工過程中的熱氧老化降解，顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。同時(shí)，添加LS－21 抗氧劑體系的3#樣品的力學(xué)性能均優(yōu)于添加1098/168 抗氧劑體系的2#樣品的相應(yīng)性能，表明LS－21 抗氧劑體系具有更佳的抗熱氧老化降解效果，對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的初期加工穩(wěn)定化作用。
2.2 玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料老化不同時(shí)間的拉伸性能
圖1 和圖2 比較了不同抗氧體系改性的玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料在180℃下經(jīng)不同老化時(shí)間后的拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度保持率的變化。由圖可知，1#、2#和3#樣品的拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度保持率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)閺?fù)合材料的前期熱氧老化處理過程相當(dāng)于一個(gè)退火過程，尼龍66 的分子鏈段在熱作用下進(jìn)行重排，使得其不完善結(jié)晶趨于完善，球晶尺寸變大，結(jié)晶度提高［9］，這時(shí)材料的后結(jié)晶對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的提高作用遠(yuǎn)大于熱氧老化帶來的降低作用，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度反而提高。之后，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，尼龍66 的后結(jié)晶過程趨于穩(wěn)定，熱氧老化帶來的負(fù)面作用逐漸顯現(xiàn)，復(fù)合材料的拉伸性能進(jìn)而逐漸下降。
圖1 180℃下玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨老化時(shí)間的變化Fig.1 The tensile strength of the glass fiber reinforced polyamide 66 composites as a function of the aging time at 180℃
圖2 180℃下玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度保持率隨老化時(shí)間的變化Fig.2 The retention of tensile strength of the glass fiber reinforced polyamide 66 composites as a function of the aging time at 180℃
未添加抗氧劑的1#樣品，在老化500h 后，拉伸強(qiáng)度即明顯低于其初始性能，熱氧老化降解嚴(yán)重，而添加了抗氧劑的2#和3#樣品經(jīng)500h 的熱氧老化后的拉伸強(qiáng)度仍高于其初始性能，到老化800h 后才低于其初始性能。三個(gè)樣品經(jīng)1000h 老化后，1#樣品的拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度保持率分別為85.6MPa和58.0%，2#樣品的拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度保持率分別為121.9MPa 和77.4%，而3#樣品的相應(yīng)性能為139.8MPa 和88.0%。這表明，抗氧劑的加入有效延緩了復(fù)合材料的熱氧老化降解，且抗氧體系LS－21 對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料具有更好的高溫?zé)嵫趵匣雷o(hù)效果。
2.3 玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料老化不同時(shí)間的缺口沖擊性能
不同抗氧體系改性的玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料在180℃下經(jīng)不同老化時(shí)間后的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率的變化分別如圖3 和圖4所示。
圖3 180℃下玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨老化時(shí)間的變化Fig.3 The notched impact strength of the glass fiber reinforced polyamide 66 composites as a function of the aging time at 180℃
圖4 180℃下玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度保持率隨老化時(shí)間的變化Fig.4 The retention of notched impact strength of the glass fiber reinforced polyamide 66 composites as a function of the aging time at 180℃
由圖可知，與復(fù)合材料拉伸性能的變化不同，三個(gè)樣品的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率均隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低。這是因?yàn)樵诶匣^程中，尼龍66 復(fù)合材料發(fā)生熱氧老化降解，在材料中形成越來越多對(duì)沖擊敏感的缺陷，導(dǎo)致材料缺口沖擊強(qiáng)度的下降。另外，在復(fù)合材料前期熱氧老化過程中，尼龍66 的后結(jié)晶過程使得其球晶尺寸變大，導(dǎo)致復(fù)合材料脆性的增加也是其缺口沖擊強(qiáng)度下降的原因之一［5］。
從圖中還可以明顯看到，復(fù)合材料經(jīng)不同時(shí)間老化后，添加了抗氧劑的2#和3#樣品的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率均明顯高于未添加抗氧劑的1#樣品的相應(yīng)性能，表明抗氧劑的加入有效阻滯了復(fù)合材料的熱氧老化降解，延緩了沖擊性能的降低。
經(jīng)1000h 熱氧老化后，未添加抗氧劑的1#樣品的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率分別為8.23kJ/m2和57.6%，添加1098/168 抗氧體系的2#樣品的缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度保持率分別為10.1kJ/m2和63.5%，而添加LS－21 抗氧體系的3#樣品的相應(yīng)性能為12.6kJ/m2和71.2%，可見抗氧體系LS－21 具有比1098/168 體系更為突出的長(zhǎng)期抗高溫?zé)嵫趵匣饔谩?/p>
3 結(jié)論
(1)在玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料加工過程中，添加抗氧劑的復(fù)合材料的初始力學(xué)性能均高于未添加抗氧劑的復(fù)合材料材料的相應(yīng)性能;在180℃下經(jīng)不同老化時(shí)間的熱氧老化試驗(yàn)后，添加抗氧劑的復(fù)合材料的拉伸和缺口沖擊強(qiáng)度及其性能保持率均明顯優(yōu)于未添加抗氧劑的復(fù)合材料的相應(yīng)性能。
(2)1098/168 和LS－21 抗氧劑體系相比，后者對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍66 復(fù)合材料表現(xiàn)出更為優(yōu)異的初期加工穩(wěn)定性和長(zhǎng)期抗高溫?zé)嵫趵匣€(wěn)定性。
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