高強高模短切紗增強PA66性能研究＊

晏 斌，何 勇，曾慶文，彭 珂，韓利雄，張 鵬

（重慶國際復合材料股份有限公司，重慶 400082）

0 前言

玻璃纖維作為熱塑性塑料的主要改性材料，被廣泛應用于多種熱塑性塑料改性加工中，以提高塑料在強度、抗沖擊性、耐老化性、耐醇和耐水等方面的性能［1-7］。

熱塑性材料成功應用、快速增長的同時，應用拓展又對材料的性能提出了更高的要求，尤其是集成度更高的汽車零部件、輕薄化的電子、電器件，在這些特殊的應用領域，更高的強度、模量成為終端應用追求的目標之一，常規玻纖已經越來越難以滿足使用要求。本文研究了常規玻纖和高強度高模量玻纖［8-10］增強PA66塑料性能，為制備高強度、高模量、高抗沖擊性、優異的耐醇PA66塑料提供參考。

1 實驗部分

1.1 原料

PA66樹脂，DUPONT公司；

常規玻璃纖維ECS301HP-3-H，采用無氟無硼ECT玻璃生產，纖維直徑10μm，重慶國際復合材料股份有限公司；

高強高模玻璃纖維ECS301HP-3-H/HT，采用HT玻璃生產，纖維直徑10μm，重慶國際復合材料股份有限公司。

1.2 試驗設備

TE-50型同向雙螺桿擠出機，中國江蘇（南京）科亞公司；

EM120-SVP/2型塑料注射成型機，震德塑料機械有限公司；

5982型電子式萬能材料試驗機，INSTRON公司；

XJC-220型沖擊試驗機，承德精密試驗機有限公司；

RL-Z1B1型溶體流動速率儀，上海思爾達科學儀器有限公司；

反應釜WHFS-10，威海自控反應釜有限公司；萬能試驗機；

電熱鼓風干燥箱CS101-3FP ，重慶恒達儀 器廠。

1.3 試樣制備

用雙螺桿擠出機將玻璃纖維和PA66充分混合并擠出造粒，其中玻纖質量分數為33%，將粒子干燥后，通過注塑機制備所需樣條。

1.4 耐醇測試工藝

反應釜內注入乙二醇質量分數為50%的水溶液，并將PA66注塑樣條置于溶液中，在145 ℃條件下分別煮4 d、7 d，取出試樣，在濕態下測試力學性能。

1.5 熱老化工藝

將樣條放置在溫度為210 ℃的恒溫烘箱內，分別老化250 h和500 h，然后測試力學性能。

1.6 測試方法

拉伸性能： 依照GB/T1040-2006《塑料拉伸性能的測定》，速度為20 mm/min；

彎曲性能： 依照GB/T9341-2008《塑料彎曲性能的測定》，速度為20 mm/min；

沖擊試驗： 依照GB/T1843-2008《塑料懸臂梁沖擊強度的測定》，速度為3.5 m/s；

色差測試：采用色差儀測試。

2 實驗結果和討論

2.1 HT玻璃的性能

由表1可知，HT-glass是進入了碳纖維強度范圍的高強度玻璃纖維，具有極高的拉伸強度和拉伸模量，拉伸強度較ECT玻璃提高50%，拉伸模量提高18%，HT-glass顏色較好，與ECT玻璃相比，L值更大，A、B值更小，說明玻璃更亮、更白。

表1 ECT玻璃和HT玻璃的性能對比

2.2 HT玻璃短纖增強PA66的力學性能

圖1為不同玻璃類型短纖增強PA66的拉伸和彎曲強度。由圖1可以發現，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66復合材料，與基于ECT 玻璃生產的ECS301HP-3-H增強情況相比，拉伸強度提高了16%，彎曲強度提高了17%。

圖1 不同玻璃類型短纖增強PA66的強度

圖2為不同玻璃類型短纖增強PA66的沖擊強度。由圖2可以發現，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66復合材料，與基于ECT玻璃生產的ECS301HP-3-H增強情況相比，沖擊強度提高了20%左右，這是因為當材料受到沖擊產生裂紋時，強度更高的HT玻璃使裂紋擴展的阻力增大，消耗變形功，更有效地阻礙了裂紋的擴展［11］。

圖2 不同玻璃類型短纖增強PA66的沖擊強度

圖3是不同玻璃類型短纖增強PA66的模量。由圖3可以發現， 拉伸模量提高了12%左右，彎曲模量提高了15%左右，這都是源于HT玻璃高模量的特性。玻纖增強熱塑性樹脂復合材料的模量與樹脂和玻纖有關，因樹脂的模量較小，所以整個復合材料的模量主要依賴于玻璃纖維，而由于HT玻璃具有更高的模量，所以基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66復合材料，與基于ECT玻璃生產的ECS301HP-3-H增強情況相比， ECS301HP-3-H/HT增強PA66復合材料的模量更高。

圖3 不同玻璃類型短纖增強PA66的模量

2.3 HT玻璃短纖增強PA66的耐醇性能

ECS301HP-3-H/HT增強PA66復合材料，不僅具有優異的干態力學性能，同時具有出色的耐醇性能，如圖4、圖5。

圖4 不同玻璃類型短纖增強PA66拉伸強度的耐醇變化

圖5 不同玻璃類型短纖增強PA66拉伸模量的耐醇變化

圖4是ECS301HP-3-H和ECS301HP-3-H/HT增強PA66拉伸強度的耐醇變化。由圖4可知，隨著醇煮時間的增加，拉伸強度逐漸降低。拉伸強度-醇煮0 d表示沒有進行醇煮時的拉伸強度，醇煮4 d后，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66的拉伸強度保留率和基于ECT玻璃生產的ECS301HP-3-H增強PA66的拉伸強度保留率都很接近，為52%左右，但從絕對值來看，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66的拉伸強度高了20%左右；醇煮7 d后，兩者的拉伸強度保留率均為43%左右，但從絕對值來看，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66的拉伸強度高了20%左右。

圖5是ECS301HP-3-H和ECS301HP-3-H/HT增強PA66拉伸模量的耐醇變化。拉伸模量-醇煮 0 d表示沒有進行醇煮時的拉伸模量，醇煮4 d后，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66的拉伸強度保留率和基于ECT玻璃生產的ECS301HP-3-H增強PA66的拉伸強度保留率都為50%左右，但從絕對值來看，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66的拉伸模量高了20%左右；醇煮7 d后，兩者的拉伸強度保留率均為48%左右，從絕對值來看，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66的拉伸模量高了15%左右。

根據圖4和圖5可知，與基于ECT玻璃生產的ECS301HP-3-H增強PA66復合材料相比，基于HT玻璃生產的ECS301HP-3-H/HT增強PA66復合材料經過醇煮之后，拉伸強度和拉伸模量都較高。

2.4 HT玻璃短纖增強PA66的熱老化性能

圖6為ECS301HP-3-H和ECS301HP-3-H/HT增強PA66拉伸和彎曲強度耐熱氧老化的情況對比。由圖6可知，隨著老化時間的增加，復合材料的拉伸強度和彎曲強度都在降低，但整個老化的過程中， ECS301HP-3-H/HT增強PA66熱氧老化后的強度更高。250 h老化后，ECS301HP-3-H/HT增強PA66比ECS301HP-3-H增強PA66的拉伸和彎曲強度高15%左右；500 h老化后，ECS301HP-3-H/HT增強PA66比ECS301HP-3-H增強PA66的拉伸強度高20%左右，彎曲強度高14%。

圖6 不同玻璃類型短纖增強PA66的強度熱氧老化對比

圖7為ECS301HP-3-H和ECS301HP-3-H/HT增強PA66拉伸和彎曲模量耐熱氧老化的情況對比。由圖7可知，隨著老化時間的增加，250 h時，由于復合材料結晶度增加，模量比初始時要高，隨著老化時間的增加，拉伸和彎曲的模量都持續降低，但整個老化的過程中，ECS301HP-3-H/HT增強PA66熱氧老化后的模量更高。250 h老化后，ECS301HP-3-H/HT增強PA66比ECS301HP-3-H增強PA66的拉伸模量高14%，彎曲模量高17%；500 h老化后，ECS301HP-3-H/HT增強PA66比ECS301HP-3-H增強PA66的拉伸模量高13%，彎曲強度 高16%。

圖7 不同玻璃類型短纖增強PA66的模量熱氧老化對比

3 結論

綜合實驗表明，可以得出如下結論：

（1）采用HT-glass生產的玻纖，顏色更亮更白，有利于生產外觀更好的制品。

（2）ECS301HP-3-H/HT增強PA66具有比ECT常規玻纖更加優異的干態力學強度和模量，適合于制備高強度、高模量、高抗沖的輕質制品，尤其適用于制備集成度更高的汽車零部件、輕薄化的電子、電器件等。

（3）ECS301HP-3-H/HT增強PA66具有更優異的耐醇性能及耐熱老化性能，適合于制備對耐醇性能及耐熱老化性能有高要求的制品。