玻纖含量對玻纖增強尼龍66復(fù)合材料性能的影響

劉栩鵬

杜邦太陽能(深圳)有限公司 廣東 珠海 518132

引言

尼龍66是尼龍系列產(chǎn)品之中應(yīng)用最廣泛的一種,其具有耐磨、耐酸堿和優(yōu)秀的力學(xué)性能等優(yōu)點,但存在對溫度過于敏感和低溫下耐沖擊強度低等缺點,這在一定程度上限制其應(yīng)用范圍。人們?yōu)榱藬U大其應(yīng)用的領(lǐng)域,多采用加入增強劑,如玻璃纖維、碳纖維等對其進行改性,這樣可以明顯提高其性能。而玻璃纖維有著很高的性價比,具有能夠增強尼龍66的力學(xué)性能、熱變形性能、疲勞性能等優(yōu)勢,是一種理想的增強劑。

1 實驗部分

1.1 主要設(shè)備

1.1.1 雙螺桿擠出機,型號ZSK65 MC,德國科倍隆公司

1.1.2 熱塑性注塑機、混料槽

1.2 主要的檢測設(shè)備

1.2.1 電子式萬能試驗機 型號:CMT5104,深圳三思實驗設(shè)備有限公司

1.2.2 沖擊試驗機 型號:XJD-22,承德試驗機公司

1.2.3 熱膨脹系數(shù)測定儀 型號:ZPRY-300,湘潭市儀器儀表有限公司

1.2.4 掃描電子顯微鏡 型號:JSM-6700F,日本電子

1.3 主要的原材料

1.3.1 玻璃纖維(GF)型號:T911,泰山玻璃纖維公司

1.3.2 PA66(尼龍66)型號:8018,杜邦公司

1.3.3 助劑:熱穩(wěn)定劑SEED、成核劑、潤滑劑等

1.4 復(fù)合材料的制備 把干燥的尼龍66和助劑放在高速混合機中攪拌5min后,將其加入到雙螺桿擠出機的料斗內(nèi),然后在雙螺桿擠出機的側(cè)方喂料口內(nèi)加入玻璃纖維,通過控制雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速和喂料的速度來對GF的含量進行調(diào)節(jié),從而可以制備出玻璃纖維含量為0%、20%、25%、30%、45%、50%的增強尼龍66復(fù)合材料,并分別將其編號為B0、B1、B2、B3、B4、B5。并將制備出的所有玻璃纖維含量不同的粒料在105℃高溫下烘烤4小時,然后進行注塑,即可獲得測試用的樣條。

1.5 復(fù)合材料進行性能測試的標(biāo)準(zhǔn)

1.5.1 灰分測試:依據(jù)GB/T 9345.1-2008進行,在700℃的高溫下煅燒2個小時。

1.5.2 拉伸性能的測試:依據(jù)GB/T 1040.2-2006進行,在50mm標(biāo)距下,速度為10mm/min。

1.5.3 沖擊性能測試:依據(jù)GB/T 1843-2008進行,擺錘2.75J。

1.5.4 熱變形性能的測試:依據(jù)GB/T 1634.2-2004進行。

2 玻纖含量對復(fù)合材料性能影響分析

2.1 玻纖含量的測量 表格1為不同玻纖含量下復(fù)合材料的灰分結(jié)果。從表中可以看出,灰分含量和配比中玻纖含量接近一一對應(yīng),即灰分含量就是玻纖的含量。這主要是由于樣品在經(jīng)過高溫煅燒后,尼龍66樹脂和一部分的助劑分解,剩下的灰分含量就可以代表GF含量。同時說明,通過控制雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速和喂料的速度是可以制備出特定玻纖含量的符合材料的。

表1 不同GF含量的尼龍66符合材料灰分結(jié)果

2.2 玻纖含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響 圖1顯示不同含量的GF對PA66復(fù)合材料的拉伸性能的影響。由圖中我們可以看到玻纖的加入可以明顯提高復(fù)合材料的拉伸強度。當(dāng)玻纖含量達到30%時,拉伸起強度增加了78%,是由于玻纖分散在尼龍66樹脂集體中,起到了骨架的作用,增強了復(fù)合材料。但是在玻纖含量大于30%時,拉伸強度的提高幅度不太明顯,試品的表面還出現(xiàn)了浮纖現(xiàn)象,光潔度較差。

圖1 玻纖含量對復(fù)合材料拉伸性能的影響

圖2為玻纖含量對尼龍66復(fù)合材料懸臂梁缺口沖擊的趨勢。從圖中可以看出玻纖含量越高,沖擊性能就會越高,在含量在30%時,沖擊強度到達了260%,但是隨后的加強趨勢漸緩。原因是因為在復(fù)合才來材料受到?jīng)_擊時玻纖的剝離可以承受一部分的沖擊能量,因此復(fù)合材料的沖擊性能得到了提升,但當(dāng)含量大于30%時,玻纖在樹脂中含量過多、分散性差導(dǎo)致復(fù)合材料的缺陷增多,從而抵消了玻纖帶來的增強作用。

圖2 玻纖含量對復(fù)合材料的沖擊性能影響

2.3 玻纖含量對尼龍66復(fù)合材料的熱變形性能影響 圖3是不同含量的玻纖對尼龍66復(fù)合材料的熱變形性能影響。從圖中可以看出,玻纖的加入明顯提升了復(fù)合材料的熱變形性能,在玻纖含量達到30%時,復(fù)合材料的熱變形溫度在220℃,其原因是由于玻纖限制了分子鏈段運動,提高了復(fù)合材料熔點。玻纖的加入有利于促進尼龍66基體形成內(nèi)部結(jié)晶,從而提高復(fù)合材料的抗變形能力。綜上而言,玻纖的加入能夠顯著提升尼龍66復(fù)合材料的熱變形性能。

圖3 玻纖含量對復(fù)合材料熱變形性能的影響

3 結(jié)語

加入過玻纖的改性尼龍66樹脂,力學(xué)性能得到了大幅度的提升;玻纖還增強了PA66復(fù)合材料的熱性能,使其熱變形溫度由70℃提升至220℃以上,復(fù)合材料的耐老化性十分出色,玻纖增強PA66復(fù)合材料產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用于汽車、機械等領(lǐng)域,例如節(jié)流閥體散熱器槽、風(fēng)扇葉片護罩等零部件。

玻纖在PA66中起到了很好的骨架作用,隨著玻纖含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強度、和沖擊強度得到了大幅度的提升。