尼龍66復合材料的耐化學腐蝕性能分析

劉 靜 曹真真

（中平能化集團工程塑料公司，河南 平頂山 467000）

尼龍66（PA66）具有諸多優(yōu)點，如低溫性能優(yōu)良、力學性能好等，在許多領域中得到普及推廣。 然而，因其含有許多酰胺基團，常溫條件下，非常易于被各種極性小分子所侵蝕，從而造成材料的模量、強度變小，若長時間在水蒸氣或沸水中暴露，其機械性能會急劇降低[1]。 一般情況下，將耐化學腐蝕的玻璃纖維（GF）添加到PA66 中，通過這種方法來提高其性能。

本項目主要通過熔融共混法生產(chǎn)復合材料，細致深入地分析了其在不同介質中的性能，在此基礎上，通過掃描電子顯微鏡研究其形貌狀況，希望能夠闡明其腐蝕原理。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料與相關儀器

實驗材料：E-長玻璃纖維、PA66、 熔點大于135℃的玻纖分散潤滑劑 （TAF）、 純度大于97.0%的硅烷偶聯(lián)劑（KH-550）、120# 溶劑油、氫氧化鈉、濃鹽酸、乙二醇、抗氧劑。

實驗儀器：雙螺桿擠出機、高速混合機、水浴鍋、注射成型機、掃描電子顯微鏡（SEM）、電子式萬能實驗機。

1.2 制備復合材料

利用KH550 處理玻纖的表面，接著在高速混合機里面把PA66、TAF、抗氧化劑三者混勻，然后在真空烘箱中處理24h （80℃）。 加入25%的玻纖， 然后將烘干處理的PA66 混合物加入，擠出溫度保持在260℃＋10℃。 經(jīng)過處理獲得的復合材料粒子需采用與上面相同的方法進行干燥處理，然后注射為標準試條，模溫是70℃，注射機每段依次是275℃、280℃、275℃、265℃。

1.3 實驗方法

測試力學性能：4 個1500mL 的大燒杯置于25℃水浴鍋中， 依次加入不同的腐蝕介質，120#溶劑油、 乙二醇、10%NaOH 溶液、10%鹽酸，接著把得到的試樣依次放到上述腐蝕介質中。 從第一天開始，每隔2 天將其取出，對其外貌進行觀察。 盡快通過電子式萬能實驗機對其彎曲與拉伸性能進行測量。

掃描電子顯微鏡測試：對試樣進行沖擊試驗，從中選擇斷為兩截的1 個。 然后從斷口位置切下厚度為3mm 的試樣，非斷口面磨平用于放置，丙酮清洗斷口。 在此基礎上，超聲清洗15min，接著烘干（60℃）處理半小時。 然后對斷面噴金， 利用SEM 對斷面外貌進行觀察， 使用22kVd的測試電壓。

2 結果分析

2.1 各種介質對力學性能的作用

純PA66 與復合材料的耐化學腐蝕性能存在很大的差異。 其中，10%鹽酸對純PA66 的腐蝕最為嚴重，隨著天數(shù)的不斷增加，力學性能快速降低，7d 之后彎曲強度減小80.9%。 通過分析可知，加入玻纖之后，10%鹽酸的腐蝕有所降低，7d 之后其彎曲強度減小了52.5%。 10%NaOH 同樣能夠對純PA66 產(chǎn)生較為嚴重的腐蝕，然而其程度比不上10%鹽酸。 PA66 置于乙二醇中，伴隨天數(shù)的增加，出現(xiàn)醇解，導致其力學性能明顯降低。 加入玻纖之后，其耐醇解性能大幅提升。 在玻纖中將復合材料加入后，其腐蝕程度大幅下降， 有助于提高介質腐蝕后復合材料力學性能的保持率。

2.2 各種介質對斷口形貌的影響

研究發(fā)現(xiàn)，沒有被腐蝕的復合材料中，玻纖外表存在許多基體樹脂，玻纖與PA66 的界面粘合不是很清晰。 然而，經(jīng)由不同介質處理以后，在PA66 的斷面上出現(xiàn)大量不同大小的圓球，與PA66 的腐蝕相對應，同時還發(fā)現(xiàn)粘附的基體樹脂量大幅下降， 特別是堿與酸中的腐蝕最突出，乙二醇同樣相對嚴重。 這是因為PA66 里面存在許多酰胺鍵，它們可以和水發(fā)生反應，最終導致PA66 被降解。

在PA66 水解反應之中，H+與OH-屬于其中的催化劑，受到堿或酸的影響，PA66 非常易于進行水解反應。 同時， 水分子會破壞玻纖與硅烷偶聯(lián)劑涂層兩者之間的結構，在界面位置，離子溶出形成一定的滲透壓，最終導致界面脫粘。這樣就導致復合材料被腐蝕。通過SEM 觀察我們發(fā)現(xiàn)，鹽酸與NaOH 相比較來說，前者里面具有相對較多的圓球面積與數(shù)目， 這說明前者的腐蝕效果比后者更加明顯。 進一步研究發(fā)現(xiàn)，在酸或堿中復合材料的腐蝕一方面和PA66 基體存在一定的關系， 另一方面和玻纖、界面存在一定的聯(lián)系。 玻纖的耐酸堿性能由別的金屬氧化物的含量以及種類決定，我們這里所用E-玻纖主要有以下幾種化學成分（表1）。

其中，BaO、MgO、CaO 三者具有最弱的耐酸性，E－玻纖中恰恰上述三者含量較高，因此其被酸腐蝕，可能是上述3 種氧化物與鹽酸發(fā)生置換反應所致。 而至于堿（10%NaOH）腐蝕玻纖，究其根源，主要是：通過分析其化學成分，所用玻纖之中存在許多SiO，SiO 非常易于和NaOH 發(fā)生以下化學反應：

因此，與鹽酸相比，NaOH 的腐蝕相對較大。 然而，玻纖在復合材料中的比例只是1/4， 所以兩者主要對PA66造成腐蝕，但是由于加入了玻纖，腐蝕程度有所下降。

研究發(fā)現(xiàn)，乙二醇也能夠產(chǎn)生一定的腐蝕，或許是因為其與PA66 中的酰胺鍵反應。加入玻纖之后腐蝕現(xiàn)象減輕，盡管其粘附的尼龍基體明顯下降，卻明顯減緩了腐蝕的出現(xiàn)。

120#溶劑油的主成分為各種烷烴， 仍然存在很少的酸堿，能夠產(chǎn)生或多或少的腐蝕。 然而，因其所占份額相對較少，僅僅產(chǎn)生較小的腐蝕。

3 結論

綜上所述，酸性介質對PA66 與復合材料的腐蝕最嚴重， 堿性同樣能夠產(chǎn)生嚴重的影響，PA66 在乙二醇中非常易于被醇解，120#溶劑油的腐蝕效果不明顯。加入玻纖之后，腐蝕有所緩解，耐腐蝕性能明顯提升。

［1］李燦浩，林星五，程新生.尼龍66 復合材料研究進展［J］.廣州化工，2013，40（22）：34-36.