不同增韧剂对尼龙/玻纤复合体系的增韧改性研究

2011-01-25 06:58葛铁军
沈阳化工大学学报 2011年3期
关键词:增韧剂尼龙熔体

杜 刚, 葛铁军

(沈阳化工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110142)

尼龙66是工程塑料的重要品种之一,具有较高的机械强度和优良的耐磨性、自润滑性及耐热性.尼龙66树脂因其具备高的性价比、良好的机械强度和耐高温性能,可充分保证其尺寸精度的稳定性,且在玻纤增强后其机械性能、耐热性能、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性等都会提高[1-3].但PA66/GF共混体系界面相容性差,玻璃纤维加入后复合体系的脆性增加[4-5].本文主要研究EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH对PA66/GF复合体系的增容作用及其对复合材料各项性能的影响规律.

1 实验部分

1.1 实验原料

PA66,河北平顶山,抗氧剂1010,市售;玻璃纤维,沈阳星光玻璃纤维厂;EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH,沈阳市四维有限公司.

1.2 实验仪器及设备

双螺杆挤出机,TSE-35A/400-32-1,南京瑞亚高聚物装备有限公司;注射机,NG120-A,无锡格兰机械有限公司;微机万能控制电子实验机,RGL-30A,深圳瑞格尔仪器有限公司;悬臂梁冲击实验机,XJV-22,承德实验机有限责任公司;熔融指数仪,HT-9431,弘达仪器股份有限公司;转矩流变仪,XSS-300上海科创橡塑机械设备有限公司.

1.3 工艺流程

工艺流程如图1所示.

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow chart

1.4 试样制备

将PA66在真空烘箱里于80℃下干燥24 h,然后将EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH分别和PA66按一定比例加入到高速混合机中混合均匀,加入到双螺杆挤出机中挤出,切粒,再将粒料加入到注塑机中注射成标准试样.

1.5 性能测试

拉伸强度参照JG/T174-2005测定;冲击强度参照GB1843-89测定;熔体流动速率按公式: MFI(g/10 min)=称出的质量(g)×600(s)/设定切料时间(s)测得;流变性能测定:在挤出造粒后的粒料于120℃干燥4 h以上.将转矩流变仪料筒加热至预设温度后,把干燥粒料装入料筒,恒温10 min,开始进行动态挤出实验,记录和测试有关数据,得到各工况下熔体的扭矩.

2 结果与讨论

2.1 不同增韧剂对复合体系机械性能分析

2.1.1 不同增韧剂对复合体系冲击强度的影响

不同增韧剂对复合体系冲击强度的影响见图2.从图2可以看出,随增韧剂用量的增加,PA66/玻璃纤维/增韧剂体系冲击强度均有所提高.这是因为MAH分子中的羧基可与尼龙66酰胺基团发生酯交换反应,MAH中的双键可与EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH中的残余双键发生加成聚合反应,2种基团作用可使EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH分别接枝到PA66分子链上.马来酸酐的加入使弹性体与尼龙66的界面相容性得到提高,相对分子质量增大,柔顺性提高,增大相互分子间缠结,消除薄弱点,从而使冲击强度增加.

图2 不同增韧剂对复合体系冲击强度的影响Fig.2 The effects of different tougheners on impact strength of the composite system

2.1.2 不同增韧剂对复合体系拉伸强度的影响

不同增韧剂对复合体系拉伸强度的影响见图3.从图3可以看出,随着EPDM-g-MAH、 POE-g-MAH、SEBS-g-MAH用量增多,复合体系抗拉强度先提高,随后整体呈下降趋势.这是由于PA66是高结晶性聚合物,随着 EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH用量的增加,结晶度随之下降,所以拉伸强度降低,同时分散相EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH的模量小于尼龙基体的模量,随增韧剂用量的增多这种模量影响增大,这也是导致增韧剂用量达6份后抗拉强度明显下降的原因.

图3 不同增韧剂对复合体系拉伸强度的影响Fig.3 The effects of different tougheners on tensile strength of the composite system

2.2 不同增韧剂对复合体系流变性能分析

2.2.1 不同增韧剂对复合体系熔体流动速率的影响

不同增韧剂对复合体系熔体流动速率的影响见图4.

图4 不同增韧剂对复合体系熔体流动速率的影响Fig.4 The effects of different tougheners on melt index of the composite system

从图4可以看出:随增韧剂用量的增加,复合体系的熔体流动速率大幅度下降,EPDM熔体流动速率仅为纯玻纤增强尼龙的1%.PA66为直链线性大分子,接枝EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH后,支链的作用限制了PA66主链的运动;另一方面长链EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH的接入增大了大分子间的缠结,所以熔体流动速率明显降低.

2.2.2 不同增韧剂对复合体系平衡扭矩的影响

不同增韧剂对复合体系平衡扭矩的影响见图5.从图5可以看出:随增韧剂用量的增加,经转矩流变仪测得的平衡扭矩整体略有上升趋势.在EPDM加入量小于12份之前,扭矩变化相对平稳,甚至微有下降趋势,而在加入量为12份之后,扭矩变化较大,平衡扭矩增加了43%.这是由于转矩反映了共混体系的黏度,而黏度又与分子结构有关,这也进一步证明接枝 EPDM-g-MAH中的MAH与复合体系之间的官能团发生化学微交联,导致PA66相对分子质量的增加,而随着EPDM-g-MAH含量的提高,这种化学交联的程度也相应提高.当加入POE-g-MAH、SEBS-g-MAH时,经转矩流变仪测得的平衡扭矩整体略有上升趋势,且十分平稳,几乎趋于直线.这说明增韧剂的加入提高了复合体系熔体的表观黏度,在熔融过程中,分子链缠结困难,黏度增大,即相对分子质量随之增大,平衡扭矩上升.

图5 不同增韧剂对复合体系平衡扭矩的影响Fig.5 The effects of different tougheners on balancing torque of the composite system

2.3 冲击断面分析

从图6可以看出,EPDM-g-MAH的存在使GF紧密地结合在PA66材料基体中.这是由于EPDM-g-MAH的增容作用所致 ,它一方面连接PA66分子,与PA66基体紧密结合,另一方面EPDM-g-MAH上的酸酐与GF表面羟基作用,发生化学反应,使GF被EPDM-g-MAH包裹起来,在两相界面起到类似“物理交联”的作用,从而使GF和PA66紧密结合.

图6 EPDM-g-MAH/PA66/GF冲击断面扫描照片Fig.6 The SEM photographs of ruptured surfaces for impacting EPDM-g-MAH/ PA66/GF composites

3 结论

(1)随着EPDM-g-MAH、POE-g-MAH、SEBS-g-MAH组分配比的增加,复合材料的冲击强度逐渐增大 ,拉伸强度和熔体流动速率则逐渐减小,平衡扭矩逐渐增大.

(2)扫描电镜分析表明EPDM-g-MAH可以改善EPDM-g-MAH/PA66/GF的界面结合,强化体系的相容性.EPDM-g-MAH是EPDM-g-MAH/PA66/GF复合材料一种有效的界面增容剂.

[1] 董晨空,段予忠.塑料新型加工助剂应用技术[M].北京:中国石化出版社,1999:23-25.

[2] 刘亚庆,董娟.高抗冲玻纤增强尼龙66的研制[J].塑料科技,2002,31(3):16-17.

[3] Thomason J L.The Influence of Fibre Properties of the Performance of Glass-fiber-enforced Polyamide 6,6[J].Composites Science and Technology,1999,59(16):2315-2328.

[4] 冯中东.玻璃纤维对增强聚酰胺制品力学性能的影响[J].塑料,1992,21(5):15-19.

[5] 高志秋,陶炜,金文兰,等.长玻纤增强尼龙6复合材料研究[J].工程塑料应用,2001,29(7):2.

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