纳米TiN对PA6力学和摩擦学性能的影响*

淮遵科，南 欢

(陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000)

纳米TiN对PA6力学和摩擦学性能的影响*

淮遵科，南 欢

(陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000)

用偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550对纳米TiN进行分散处理，在球磨机上混合纳米TiN和PA6，然后用注射成型法制备了纳米TiN/PA6复合材料。研究了纳米TiN对纳米TiN/PA6复合材料力学性能以及摩擦学性能的影响。结果表明，纳米TiN改性PA6的复合材料，拉伸强度、硬度和耐磨性提高，摩擦因数降低。

PA6；纳米TiN；改性；摩擦磨损

PA6是一种常用工程塑料，具有摩擦因数低、自润滑性能好和综合性能好的优点，用于制造轴承和齿轮等机械零件；但PA6缺点也很突出，比如吸水率高，抗蠕变性能差，使得其强度和耐磨性降低，影响了其应用[1]。为了弥补PA6的缺陷，经常加入各种各样的改性剂，以提高其机械特性，增加的耐磨性[2]。近年来，随着纳米技术的发展，纳米颗粒效应引起材料领域的高度重视，纳米颗粒比表面积大，与聚合物间的作用点多，改性效果好，可应用于PA6的改性[3-5]。纳米氮化钛是一种特种陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、高化学稳定性及优良的导热性能，是非常好的耐热耐磨、弥散强化材料[6]。本研究用纳米TiN对PA6进行改性，研究纳米TiN对复合材料TiN/PA6的力学性能及摩擦学性能的影响。

1 试验部分

1.1 原料

原料为：PA6(日本宇部)；纳米TiN(徐州捷创新材料科技有限公司)；偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550(南京曙光化工厂)和异丙醇。

1.2 试验设备

试验设备为：微型注模机JK-WZM-I(北京恒奥德仪器仪表有限公司)；行星球磨机QM-BP(南京大学仪器厂)；电子万能拉伸机(济南华谊电子仪器有限公司)；橡塑硬度计(上海研润光机科技有限公司)；微机控制摩擦磨损试验机MME—2(济南蓝波试验设备有限公司)；扫描电子显微镜(SEM)S-3000N(日本Hitachi)。

1.3 试样制备

1.3.1 纳米TiN的分散处理

纳米颗粒易团聚，在聚合物中不易分散，需采用分散剂进行处理， 使其自身所特有的优异性能在聚合物中发挥作用。对填充料纳米TiN进行表面处理，提高填充料的浸润性、分散性和树脂的相容性，将纳米TiN和偶联剂KH550按质量比为100∶3的比例分别置于异丙醇中， 在60 ℃下搅拌100 min，然后烘干待用。

1.3.2 复合材料的制备

本试验以PA6为基体，纳米TiN为填充料。

将纳米TiN与PA6按质量比为100∶5的比例在行星球磨机上混合1 h，行星球磨机转速为500 r/min。用注射机制备复合材料样品。

1.4 性能测试标准

拉伸性能按GB/T 1040—1992进行测试，硬度按GB/T 2411—2008进行测试，摩擦磨损按GB/T 3960—1983《塑料滑动摩擦因数试验》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 材料组织分析

用扫描电子显微镜对PA6和纳米TiN改性PA6的材料组织进行观察，发现纳米TiN改性PA6的组织(见图1)比PA6的组织(见图2)紧密。纳米TiN加入PA6熔炼结晶聚合时，纳米TiN起到结晶成核剂的作用。将纳米TiN分散于乙二醇中，通过聚合使纳米TiN更好的分散于PA6组织中，就均匀分布的无数结晶点加快PA6的结晶，使组织紧密。

图1 纳米TiN改性PA6 SEM组织

图2 PA6 SEM组织

2.2 纳米TiN对复合材料力学性能的影响

PA6、纳米TiN改性PA6力学性能对比表见表1。

表1 PA6、纳米TiN改性PA6力学性能对比表

由表1可知，纳米TiN的加入提高了PA6的拉伸强度，这是因为纳米TiN加入到PA6基体中，起到成核作用，使得其结晶容易，结晶度有所提高；因此相比纯PA6，其拉伸强度升高了。加入纳米TiN后，复合材料的断裂拉伸率较纯PA6也有所提高，这是因为经偶联剂处理的纳米TiN分散均匀，受力时能促进纳米TiN表面附近PA6基体的屈服，提高断裂拉伸率。纳米TiN的加入使得复合材料的硬度提高，这是因为纳米TiN的加入，增加了PA6基体刚性支承点的数量，提高了复合材料的硬度，而且KH550处理纳米TiN后所引入的有机基团与PA6链中的酰胺基作用的较为紧密，纳米TiN与PA6基体的交联强烈，硬度高。

2.3 纳米TiN对复合材料摩擦学性能的影响

PA6、纳米TiN改性PA6摩擦学性能对比表见表2。

表2 PA6、纳米TiN改性PA6摩擦学性能对比表

表2中显示，加入纳米TiN可使复合材料的摩擦因数下降(降低了20%)。这是因为纳米TiN可以在摩擦副表面形成光滑的转移膜，因而减少了其摩擦阻力，降低了其摩擦因数。纳米TiN填充PA6的复合材料磨损率相比纯PA6的降低了40%。纳米TiN具有较好的导热性，加入PA6基体中减少了摩擦热在复合材料表面的聚集，使PA6基体受热软化倾向降低，磨损率降低。

3 结语

采用偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550处理纳米TiN，可以使作为填充料的纳米TiN均匀地分布于PA6基体中。纳米TiN加入PA6熔炼结晶聚合时，纳米TiN起到结晶成核剂的作用，提高了纳米TiN/PA6复合材料的拉伸强度和硬度，其摩擦因数和磨损率显著降低。

[1] 黄德余. 塑料性能评定[M].北京:中国标准出版社，1990.

[2] 张显果，孙春燕，朱帅甫，等. CF表面处理对PA66/CF复合材料性能的影响[J].工程塑料应用，2014(8):82-85.

[3] 葛世荣，王庆良，李凌，等. 纳米TiO2和TiN填充PA6的摩擦磨损行为[J].摩擦学学报，2004，24(2):152-155.

[4] 张武英，徐国敏. 纳米OMMT对PA6/PET共混体系结晶性能的影响[J].塑料，2014(3):33-37.

[5] 向萌，舒颖，刘佳鸿，等. 高含量碳纳米管母粒在PA6中的应用[J].塑料工业，2014，(5):103-106.

[6] 吴敏，程秀萍，葛明桥.纳米TiN的分散研究[J].纺织学报，2006，27(4):80-82.

*陕西省教育厅科研基金资助项目(14JK1057)

责任编辑郑练

EffectofNano-TiNonMechanicalandTribologicalPropertiesofPA6

HUAI Zunke, NAN Huan

(Shaanxi Polytechnic Institute, Xianyang 712000, China)

The composites of nano-TiN/ PA6 was introduced. The nano-tin was dispersed by silicane coupling agent aminopropyltriethoxysilane, and obtained by injection moulding method. Influence of modification with nano-tin in the mechanical properties, and tribological properties of nano-TiN/PA6 composites was investigated. The results revealed that the tensile strength, hardness, abrasion resistance of the composites all enhanced. Furthermore, the friction coefficient of the composites with nano-tin decreased.

PA6, nanometer TiN, modification, friction wear

TH 145.4+2；TB 332

：A

淮遵科(1965-)，男，副教授，高级工程师，主要从事机电一体化产品等方面的教学与研究。

2014-11-14