增韌劑對碳纖維增強尼龍改性材料性能的影響

姚利，秦增增，韓璐

(天津長蘆海晶集團有限公司，天津 300450）

隨著汽車小型化、輕量化的需求，工程塑料逐漸取代部分金屬材料在汽車零部件中的應用，尼龍作為三大塑料之首，其改性產品在汽車行業中的應用日趨擴大。 尼龍作為結構性材料，可以通過玻璃纖維和其它填料填充的方式， 增強改性，提高產品強度，擴大應用范圍，碳纖維具有質輕、拉伸強度高、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變、導電、傳熱等特點，與玻璃纖維相比，模量高3～5 倍，因而是一種獲得高剛性和高強度尼龍材料的優良增強材料[1，2]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與設備

原料：PA6， 天津長蘆海晶集團有限公司生產；碳纖維，AMOS 公司生產；增韌劑沈陽科通公司生產；其他助劑。

設備： 南京歐立TE-35 同向雙螺桿擠出機；海天塑機SA600 注塑機；真空干燥箱；萬能試驗機；缺口制樣機；簡支梁試驗機等。

1.2 理論依據

本論文中選擇常見碳纖維作為增強填充物質，在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量確定的情況下， 不改變增韌劑添加量，改變增韌劑種類， 查看產品性能變化， 從而選

出適合的增韌劑， 適用于增強改性尼龍材料的增韌劑最常見的為K 系增韌劑和N 系增韌劑， 根據以往實驗經驗， 初步選定增韌劑添加量為10%， 考察不同增韌劑對產品性能的影響[3，4]。

1.3 實驗配方（見表1，2）

表1 增韌劑種類對產品性能的影響配方

1.4 實驗步驟

1.4.1 造粒 利用35 試驗機分別對表1 中方案一、方案二、方案三和表2 中方案一、方案二、方案三、方案四、方案五、方案六、方案七進行實驗打樣造粒，實驗過程中要求工藝穩定。 造粒前，應對雙螺桿擠出機進行清洗，啟動設備，設定實驗溫度，進行預熱，溫度達到設定值后，用洗車料對雙螺桿擠出機進行清洗，同時對加熱區升溫情況、螺桿轉速及喂料量適宜條件、擠出樣條狀態、切粒機狀態進行檢查，確定實驗設備符合運行條件，方可進行實驗打樣。

表2 增韌劑種類對產品性能的影響配方

1.4.2 注塑 根據需要， 造粒產品在做物理性能測試之前， 需在真空干燥箱中烘烤6h， 溫度105℃。 注塑時，每組產品注塑拉伸樣條10 根，沖擊樣條10 根，色板5 個。

采用海天塑機SA600 注塑機制備標準樣條，注塑條件如表3。

表3 用注塑機注塑條件

對注塑機制備的樣條進行檢測，檢測方法和國標依據如表4。

表4 樣條的檢測方法和依據

2 結果與討論

2.1 增韌劑種類對產品性能的影響

在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量不變的情況下，改變增韌劑的種類，即僅添加10%K系增韌劑或僅添加10%N 系增韌劑或K 系增韌劑和N 系增韌劑各添加5%， 查看產品力學性能的變化，增韌劑種類對產品性能的影響如表5、圖1～5 所示。

表5 不同增韌劑對產品性能的影響

圖1 不同增韌劑對產品拉伸強度的影響

圖2 不同增韌劑對產品彎曲強度的影響

圖3 不同增韌劑對產品簡支梁缺口沖擊強度的影響

圖4 不同增韌劑對產品簡支梁非缺口沖擊強度的影響

圖5 不同增韌劑對產品表面電阻率的影響

從表5 和圖1～5 中可以看出：在增韌劑添加量相同的情況下，不同種類的增韌劑，產品的密度相差不大，產品拉伸強度、彎曲強度、簡支梁缺口沖擊強度、簡支梁非缺口沖擊強度、表面電阻率均是單獨添加10%N 系增韌劑最好，添加5%N系增韌劑和5%K 系增韌劑復配次之，添加10%K系增韌劑最差，因此在增韌劑添加量為10%的情況下，選擇單獨添加N 系增韌劑，生產的產品力學性能和表面電阻率最好。

2.2 增韌劑添加量對產品性能的影響

選擇常見碳纖維作為增強填充物質， 在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量確定的情況下，增韌劑選擇N 系增韌劑，改變增韌劑添加量，查看產品性能變化， 增韌劑添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%。 涉及到的成分按重量百分比計，包括以下成分：在切片，碳纖維、其他助劑種類及添加量不變的情況下，改變增韌劑的種類，即僅添加10%K 系增韌劑或僅添加10%N 系增韌劑或K 系增韌劑和N 系增韌劑各添加5%，查看產品力學性能的變化，增韌劑種類對產 品性能的影響如表6、圖6～8 所示。

圖6 增韌劑不同添加量對產品拉伸強度、彎曲強度的影響

圖7 增韌劑不同添加量對產品沖擊強度的影響

圖8 增韌劑不同添加量對產品表面電阻率的影響

從表6 和圖6～8 中，可以看出：隨著增韌劑添加量的增加，產品的密度呈減小趨勢，產品的拉伸強度，彎曲強度逐漸降低，產品的簡支梁缺口沖擊強度和簡支梁非缺口沖擊強度逐漸增加，產品表面電阻率整體呈降低趨勢，當增韌劑添加量為2%時，產品表面電阻率最高，當增韌劑添加量為10%時，產品表面電阻率最低。 本項目為碳纖增強尼龍改性材料，拉伸強度和彎曲強度為首要考察指標，當增韌劑添加量為2%時，產品的拉伸強度、彎曲強度最高，故而進行下一步實驗時建議增韌劑添加量為2%。

表6 增韌劑不同添加量對產品性能的影響

3 結論

經上述實驗研究可知：增韌劑對產品性能的影響較大，選擇單獨添加N 系增韌劑，生產的產品力學性能和表面電阻率最好，在增韌劑種類確定的情況下，增韌劑添加量為2%時，產品的拉伸強度、彎曲強度最高。