尼龙66复合材料的耐化学腐蚀性能分析

刘 静 曹真真

（中平能化集团工程塑料公司，河南 平顶山 467000）

尼龙66（PA66）具有诸多优点，如低温性能优良、力学性能好等，在许多领域中得到普及推广。 然而，因其含有许多酰胺基团，常温条件下，非常易于被各种极性小分子所侵蚀，从而造成材料的模量、强度变小，若长时间在水蒸气或沸水中暴露，其机械性能会急剧降低[1]。 一般情况下，将耐化学腐蚀的玻璃纤维（GF）添加到PA66 中，通过这种方法来提高其性能。

本项目主要通过熔融共混法生产复合材料，细致深入地分析了其在不同介质中的性能，在此基础上，通过扫描电子显微镜研究其形貌状况，希望能够阐明其腐蚀原理。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料与相关仪器

实验材料：E-长玻璃纤维、PA66、 熔点大于135℃的玻纤分散润滑剂 （TAF）、 纯度大于97.0%的硅烷偶联剂（KH-550）、120# 溶剂油、氢氧化钠、浓盐酸、乙二醇、抗氧剂。

实验仪器：双螺杆挤出机、高速混合机、水浴锅、注射成型机、扫描电子显微镜（SEM）、电子式万能实验机。

1.2 制备复合材料

利用KH550 处理玻纤的表面，接着在高速混合机里面把PA66、TAF、抗氧化剂三者混匀，然后在真空烘箱中处理24h （80℃）。 加入25%的玻纤， 然后将烘干处理的PA66 混合物加入，挤出温度保持在260℃＋10℃。 经过处理获得的复合材料粒子需采用与上面相同的方法进行干燥处理，然后注射为标准试条，模温是70℃，注射机每段依次是275℃、280℃、275℃、265℃。

1.3 实验方法

测试力学性能：4 个1500mL 的大烧杯置于25℃水浴锅中， 依次加入不同的腐蚀介质，120#溶剂油、 乙二醇、10%NaOH 溶液、10%盐酸，接着把得到的试样依次放到上述腐蚀介质中。 从第一天开始，每隔2 天将其取出，对其外貌进行观察。 尽快通过电子式万能实验机对其弯曲与拉伸性能进行测量。

扫描电子显微镜测试：对试样进行冲击试验，从中选择断为两截的1 个。 然后从断口位置切下厚度为3mm 的试样，非断口面磨平用于放置，丙酮清洗断口。 在此基础上，超声清洗15min，接着烘干（60℃）处理半小时。 然后对断面喷金， 利用SEM 对断面外貌进行观察， 使用22kVd的测试电压。

2 结果分析

2.1 各种介质对力学性能的作用

纯PA66 与复合材料的耐化学腐蚀性能存在很大的差异。 其中，10%盐酸对纯PA66 的腐蚀最为严重，随着天数的不断增加，力学性能快速降低，7d 之后弯曲强度减小80.9%。 通过分析可知，加入玻纤之后，10%盐酸的腐蚀有所降低，7d 之后其弯曲强度减小了52.5%。 10%NaOH 同样能够对纯PA66 产生较为严重的腐蚀，然而其程度比不上10%盐酸。 PA66 置于乙二醇中，伴随天数的增加，出现醇解，导致其力学性能明显降低。 加入玻纤之后，其耐醇解性能大幅提升。 在玻纤中将复合材料加入后，其腐蚀程度大幅下降， 有助于提高介质腐蚀后复合材料力学性能的保持率。

2.2 各种介质对断口形貌的影响

研究发现，没有被腐蚀的复合材料中，玻纤外表存在许多基体树脂，玻纤与PA66 的界面粘合不是很清晰。 然而，经由不同介质处理以后，在PA66 的断面上出现大量不同大小的圆球，与PA66 的腐蚀相对应，同时还发现粘附的基体树脂量大幅下降， 特别是碱与酸中的腐蚀最突出，乙二醇同样相对严重。 这是因为PA66 里面存在许多酰胺键，它们可以和水发生反应，最终导致PA66 被降解。

在PA66 水解反应之中，H+与OH-属于其中的催化剂，受到碱或酸的影响，PA66 非常易于进行水解反应。 同时， 水分子会破坏玻纤与硅烷偶联剂涂层两者之间的结构，在界面位置，离子溶出形成一定的渗透压，最终导致界面脱粘。这样就导致复合材料被腐蚀。通过SEM 观察我们发现，盐酸与NaOH 相比较来说，前者里面具有相对较多的圆球面积与数目， 这说明前者的腐蚀效果比后者更加明显。 进一步研究发现，在酸或碱中复合材料的腐蚀一方面和PA66 基体存在一定的关系， 另一方面和玻纤、界面存在一定的联系。 玻纤的耐酸碱性能由别的金属氧化物的含量以及种类决定，我们这里所用E-玻纤主要有以下几种化学成分（表1）。

其中，BaO、MgO、CaO 三者具有最弱的耐酸性，E－玻纤中恰恰上述三者含量较高，因此其被酸腐蚀，可能是上述3 种氧化物与盐酸发生置换反应所致。 而至于碱（10%NaOH）腐蚀玻纤，究其根源，主要是：通过分析其化学成分，所用玻纤之中存在许多SiO，SiO 非常易于和NaOH 发生以下化学反应：

因此，与盐酸相比，NaOH 的腐蚀相对较大。 然而，玻纤在复合材料中的比例只是1/4， 所以两者主要对PA66造成腐蚀，但是由于加入了玻纤，腐蚀程度有所下降。

研究发现，乙二醇也能够产生一定的腐蚀，或许是因为其与PA66 中的酰胺键反应。加入玻纤之后腐蚀现象减轻，尽管其粘附的尼龙基体明显下降，却明显减缓了腐蚀的出现。

120#溶剂油的主成分为各种烷烃， 仍然存在很少的酸碱，能够产生或多或少的腐蚀。 然而，因其所占份额相对较少，仅仅产生较小的腐蚀。

3 结论

综上所述，酸性介质对PA66 与复合材料的腐蚀最严重， 碱性同样能够产生严重的影响，PA66 在乙二醇中非常易于被醇解，120#溶剂油的腐蚀效果不明显。加入玻纤之后，腐蚀有所缓解，耐腐蚀性能明显提升。

［1］李灿浩，林星五，程新生.尼龙66 复合材料研究进展［J］.广州化工，2013，40（22）：34-36.