納米TiN對(duì)PA6力學(xué)和摩擦學(xué)性能的影響*

淮遵科，南 歡

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

納米TiN對(duì)PA6力學(xué)和摩擦學(xué)性能的影響*

淮遵科，南 歡

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

用偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550對(duì)納米TiN進(jìn)行分散處理，在球磨機(jī)上混合納米TiN和PA6，然后用注射成型法制備了納米TiN/PA6復(fù)合材料。研究了納米TiN對(duì)納米TiN/PA6復(fù)合材料力學(xué)性能以及摩擦學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，納米TiN改性PA6的復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高，摩擦因數(shù)降低。

PA6；納米TiN；改性；摩擦磨損

PA6是一種常用工程塑料，具有摩擦因數(shù)低、自潤(rùn)滑性能好和綜合性能好的優(yōu)點(diǎn)，用于制造軸承和齒輪等機(jī)械零件；但PA6缺點(diǎn)也很突出，比如吸水率高，抗蠕變性能差，使得其強(qiáng)度和耐磨性降低，影響了其應(yīng)用[1]。為了彌補(bǔ)PA6的缺陷，經(jīng)常加入各種各樣的改性劑，以提高其機(jī)械特性，增加的耐磨性[2]。近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米顆粒效應(yīng)引起材料領(lǐng)域的高度重視，納米顆粒比表面積大，與聚合物間的作用點(diǎn)多，改性效果好，可應(yīng)用于PA6的改性[3-5]。納米氮化鈦是一種特種陶瓷材料，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性及優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，是非常好的耐熱耐磨、彌散強(qiáng)化材料[6]。本研究用納米TiN對(duì)PA6進(jìn)行改性，研究納米TiN對(duì)復(fù)合材料TiN/PA6的力學(xué)性能及摩擦學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

原料為：PA6(日本宇部)；納米TiN(徐州捷創(chuàng)新材料科技有限公司)；偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550(南京曙光化工廠)和異丙醇。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為：微型注模機(jī)JK-WZM-I(北京恒奧德儀器儀表有限公司)；行星球磨機(jī)QM-BP(南京大學(xué)儀器廠)；電子萬(wàn)能拉伸機(jī)(濟(jì)南華誼電子儀器有限公司)；橡塑硬度計(jì)(上海研潤(rùn)光機(jī)科技有限公司)；微機(jī)控制摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)MME—2(濟(jì)南藍(lán)波試驗(yàn)設(shè)備有限公司)；掃描電子顯微鏡(SEM)S-3000N(日本Hitachi)。

1.3 試樣制備

1.3.1 納米TiN的分散處理

納米顆粒易團(tuán)聚，在聚合物中不易分散，需采用分散劑進(jìn)行處理， 使其自身所特有的優(yōu)異性能在聚合物中發(fā)揮作用。對(duì)填充料納米TiN進(jìn)行表面處理，提高填充料的浸潤(rùn)性、分散性和樹(shù)脂的相容性，將納米TiN和偶聯(lián)劑KH550按質(zhì)量比為100∶3的比例分別置于異丙醇中， 在60 ℃下攪拌100 min，然后烘干待用。

1.3.2 復(fù)合材料的制備

本試驗(yàn)以PA6為基體，納米TiN為填充料。

將納米TiN與PA6按質(zhì)量比為100∶5的比例在行星球磨機(jī)上混合1 h，行星球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500 r/min。用注射機(jī)制備復(fù)合材料樣品。

1.4 性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

拉伸性能按GB/T 1040—1992進(jìn)行測(cè)試，硬度按GB/T 2411—2008進(jìn)行測(cè)試，摩擦磨損按GB/T 3960—1983《塑料滑動(dòng)摩擦因數(shù)試驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 材料組織分析

用掃描電子顯微鏡對(duì)PA6和納米TiN改性PA6的材料組織進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)納米TiN改性PA6的組織(見(jiàn)圖1)比PA6的組織(見(jiàn)圖2)緊密。納米TiN加入PA6熔煉結(jié)晶聚合時(shí)，納米TiN起到結(jié)晶成核劑的作用。將納米TiN分散于乙二醇中，通過(guò)聚合使納米TiN更好的分散于PA6組織中，就均勻分布的無(wú)數(shù)結(jié)晶點(diǎn)加快PA6的結(jié)晶，使組織緊密。

圖1 納米TiN改性PA6 SEM組織

圖2 PA6 SEM組織

2.2 納米TiN對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

PA6、納米TiN改性PA6力學(xué)性能對(duì)比表見(jiàn)表1。

表1 PA6、納米TiN改性PA6力學(xué)性能對(duì)比表

由表1可知，納米TiN的加入提高了PA6的拉伸強(qiáng)度，這是因?yàn)榧{米TiN加入到PA6基體中，起到成核作用，使得其結(jié)晶容易，結(jié)晶度有所提高；因此相比純PA6，其拉伸強(qiáng)度升高了。加入納米TiN后，復(fù)合材料的斷裂拉伸率較純PA6也有所提高，這是因?yàn)榻?jīng)偶聯(lián)劑處理的納米TiN分散均勻，受力時(shí)能促進(jìn)納米TiN表面附近PA6基體的屈服，提高斷裂拉伸率。納米TiN的加入使得復(fù)合材料的硬度提高，這是因?yàn)榧{米TiN的加入，增加了PA6基體剛性支承點(diǎn)的數(shù)量，提高了復(fù)合材料的硬度，而且KH550處理納米TiN后所引入的有機(jī)基團(tuán)與PA6鏈中的酰胺基作用的較為緊密，納米TiN與PA6基體的交聯(lián)強(qiáng)烈，硬度高。

2.3 納米TiN對(duì)復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響

PA6、納米TiN改性PA6摩擦學(xué)性能對(duì)比表見(jiàn)表2。

表2 PA6、納米TiN改性PA6摩擦學(xué)性能對(duì)比表

表2中顯示，加入納米TiN可使復(fù)合材料的摩擦因數(shù)下降(降低了20%)。這是因?yàn)榧{米TiN可以在摩擦副表面形成光滑的轉(zhuǎn)移膜，因而減少了其摩擦阻力，降低了其摩擦因數(shù)。納米TiN填充PA6的復(fù)合材料磨損率相比純PA6的降低了40%。納米TiN具有較好的導(dǎo)熱性，加入PA6基體中減少了摩擦熱在復(fù)合材料表面的聚集，使PA6基體受熱軟化傾向降低，磨損率降低。

3 結(jié)語(yǔ)

采用偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550處理納米TiN，可以使作為填充料的納米TiN均勻地分布于PA6基體中。納米TiN加入PA6熔煉結(jié)晶聚合時(shí)，納米TiN起到結(jié)晶成核劑的作用，提高了納米TiN/PA6復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和硬度，其摩擦因數(shù)和磨損率顯著降低。

[1] 黃德余. 塑料性能評(píng)定[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990.

[2] 張顯果，孫春燕，朱帥甫，等. CF表面處理對(duì)PA66/CF復(fù)合材料性能的影響[J].工程塑料應(yīng)用，2014(8):82-85.

[3] 葛世榮，王慶良，李凌，等. 納米TiO2和TiN填充PA6的摩擦磨損行為[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24(2):152-155.

[4] 張武英，徐國(guó)敏. 納米OMMT對(duì)PA6/PET共混體系結(jié)晶性能的影響[J].塑料，2014(3):33-37.

[5] 向萌，舒穎，劉佳鴻，等. 高含量碳納米管母粒在PA6中的應(yīng)用[J].塑料工業(yè)，2014，(5):103-106.

[6] 吳敏，程秀萍，葛明橋.納米TiN的分散研究[J].紡織學(xué)報(bào)，2006，27(4):80-82.

*陜西省教育廳科研基金資助項(xiàng)目(14JK1057)

責(zé)任編輯鄭練

EffectofNano-TiNonMechanicalandTribologicalPropertiesofPA6

HUAI Zunke, NAN Huan

(Shaanxi Polytechnic Institute, Xianyang 712000, China)

The composites of nano-TiN/ PA6 was introduced. The nano-tin was dispersed by silicane coupling agent aminopropyltriethoxysilane, and obtained by injection moulding method. Influence of modification with nano-tin in the mechanical properties, and tribological properties of nano-TiN/PA6 composites was investigated. The results revealed that the tensile strength, hardness, abrasion resistance of the composites all enhanced. Furthermore, the friction coefficient of the composites with nano-tin decreased.

PA6, nanometer TiN, modification, friction wear

TH 145.4+2；TB 332

：A

淮遵科(1965-)，男，副教授，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)電一體化產(chǎn)品等方面的教學(xué)與研究。

2014-11-14