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）具有諸多優點，如低溫性能優良、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，伴隨天數的增加，出現醇解，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

研究發現，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，經由不同介質處理以后，在PA66 的斷面上出現大量不同大小的圓球，與PA66 的腐蝕相對應，同時還發現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 觀察我們發現，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目， 這說明前者的腐蝕效果比后者更加明顯。 進一步研究發現，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。

研究發現，乙二醇也能夠產生一定的腐蝕，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。

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

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.