玻纖含量對玻纖增強尼龍66復合材料性能的影響

劉栩鵬

杜邦太陽能(深圳)有限公司 廣東 珠海 518132

引言

尼龍66是尼龍系列產品之中應用最廣泛的一種,其具有耐磨、耐酸堿和優秀的力學性能等優點,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用范圍。人們為了擴大其應用的領域,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的力學性能、熱變形性能、疲勞性能等優勢,是一種理想的增強劑。

1 實驗部分

1.1 主要設備

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 主要的檢測設備

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

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:熱穩定劑SEED、成核劑、潤滑劑等

1.4 復合材料的制備 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,然后在雙螺桿擠出機的側方喂料口內加入玻璃纖維,通過控制雙螺桿擠出機的轉速和喂料的速度來對GF的含量進行調節,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 復合材料進行性能測試的標準

1.5.1 灰分測試:依據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GB/T 1040.2-2006進行,在50mm標距下,速度為10mm/min。

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

1.5.4 熱變形性能的測試:依據GB/T 1634.2-2004進行。

2 玻纖含量對復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合材料的灰分結果。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,即灰分含量就是玻纖的含量。這主要是由于樣品在經過高溫煅燒后,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符合材料灰分結果

2.2 玻纖含量對復合材料力學性能的影響 圖1顯示不同含量的GF對PA66復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合材料的拉伸強度。當玻纖含量達到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,試品的表面還出現了浮纖現象,光潔度較差。

圖1 玻纖含量對復合材料拉伸性能的影響

圖2為玻纖含量對尼龍66復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。原因是因為在復合才來材料受到沖擊時玻纖的剝離可以承受一部分的沖擊能量,因此復合材料的沖擊性能得到了提升,但當含量大于30%時,玻纖在樹脂中含量過多、分散性差導致復合材料的缺陷增多,從而抵消了玻纖帶來的增強作用。

圖2 玻纖含量對復合材料的沖擊性能影響

2.3 玻纖含量對尼龍66復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合材料的熱變形性能,在玻纖含量達到30%時,復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,提高了復合材料熔點。玻纖的加入有利于促進尼龍66基體形成內部結晶,從而提高復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復合材料的熱變形性能。

圖3 玻纖含量對復合材料熱變形性能的影響

3 結語

加入過玻纖的改性尼龍66樹脂,力學性能得到了大幅度的提升;玻纖還增強了PA66復合材料的熱性能,使其熱變形溫度由70℃提升至220℃以上,復合材料的耐老化性十分出色,玻纖增強PA66復合材料產品可以廣泛應用于汽車、機械等領域,例如節流閥體散熱器槽、風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,復合材料的拉伸強度、和沖擊強度得到了大幅度的提升。