玻纤含量对玻纤增强尼龙66复合材料性能的影响

刘栩鹏

杜邦太阳能(深圳)有限公司 广东 珠海 518132

引言

尼龙66是尼龙系列产品之中应用最广泛的一种,其具有耐磨、耐酸碱和优秀的力学性能等优点,但存在对温度过于敏感和低温下耐冲击强度低等缺点,这在一定程度上限制其应用范围。人们为了扩大其应用的领域,多采用加入增强剂,如玻璃纤维、碳纤维等对其进行改性,这样可以明显提高其性能。而玻璃纤维有着很高的性价比,具有能够增强尼龙66的力学性能、热变形性能、疲劳性能等优势,是一种理想的增强剂。

1 实验部分

1.1 主要设备

1.1.1 双螺杆挤出机,型号ZSK65 MC,德国科倍隆公司

1.1.2 热塑性注塑机、混料槽

1.2 主要的检测设备

1.2.1 电子式万能试验机 型号:CMT5104,深圳三思实验设备有限公司

1.2.2 冲击试验机 型号:XJD-22,承德试验机公司

1.2.3 热膨胀系数测定仪 型号:ZPRY-300,湘潭市仪器仪表有限公司

1.2.4 扫描电子显微镜 型号:JSM-6700F,日本电子

1.3 主要的原材料

1.3.1 玻璃纤维(GF)型号:T911,泰山玻璃纤维公司

1.3.2 PA66(尼龙66)型号:8018,杜邦公司

1.3.3 助剂:热稳定剂SEED、成核剂、润滑剂等

1.4 复合材料的制备 把干燥的尼龙66和助剂放在高速混合机中搅拌5min后,将其加入到双螺杆挤出机的料斗内,然后在双螺杆挤出机的侧方喂料口内加入玻璃纤维,通过控制双螺杆挤出机的转速和喂料的速度来对GF的含量进行调节,从而可以制备出玻璃纤维含量为0%、20%、25%、30%、45%、50%的增强尼龙66复合材料,并分别将其编号为B0、B1、B2、B3、B4、B5。并将制备出的所有玻璃纤维含量不同的粒料在105℃高温下烘烤4小时,然后进行注塑,即可获得测试用的样条。

1.5 复合材料进行性能测试的标准

1.5.1 灰分测试:依据GB/T 9345.1-2008进行,在700℃的高温下煅烧2个小时。

1.5.2 拉伸性能的测试:依据GB/T 1040.2-2006进行,在50mm标距下,速度为10mm/min。

1.5.3 冲击性能测试:依据GB/T 1843-2008进行,摆锤2.75J。

1.5.4 热变形性能的测试:依据GB/T 1634.2-2004进行。

2 玻纤含量对复合材料性能影响分析

2.1 玻纤含量的测量 表格1为不同玻纤含量下复合材料的灰分结果。从表中可以看出,灰分含量和配比中玻纤含量接近一一对应,即灰分含量就是玻纤的含量。这主要是由于样品在经过高温煅烧后,尼龙66树脂和一部分的助剂分解,剩下的灰分含量就可以代表GF含量。同时说明,通过控制双螺杆挤出机的转速和喂料的速度是可以制备出特定玻纤含量的符合材料的。

表1 不同GF含量的尼龙66符合材料灰分结果

2.2 玻纤含量对复合材料力学性能的影响 图1显示不同含量的GF对PA66复合材料的拉伸性能的影响。由图中我们可以看到玻纤的加入可以明显提高复合材料的拉伸强度。当玻纤含量达到30%时,拉伸起强度增加了78%,是由于玻纤分散在尼龙66树脂集体中,起到了骨架的作用,增强了复合材料。但是在玻纤含量大于30%时,拉伸强度的提高幅度不太明显,试品的表面还出现了浮纤现象,光洁度较差。

图1 玻纤含量对复合材料拉伸性能的影响

图2为玻纤含量对尼龙66复合材料悬臂梁缺口冲击的趋势。从图中可以看出玻纤含量越高,冲击性能就会越高,在含量在30%时,冲击强度到达了260%,但是随后的加强趋势渐缓。原因是因为在复合才来材料受到冲击时玻纤的剥离可以承受一部分的冲击能量,因此复合材料的冲击性能得到了提升,但当含量大于30%时,玻纤在树脂中含量过多、分散性差导致复合材料的缺陷增多,从而抵消了玻纤带来的增强作用。

图2 玻纤含量对复合材料的冲击性能影响

2.3 玻纤含量对尼龙66复合材料的热变形性能影响 图3是不同含量的玻纤对尼龙66复合材料的热变形性能影响。从图中可以看出,玻纤的加入明显提升了复合材料的热变形性能,在玻纤含量达到30%时,复合材料的热变形温度在220℃,其原因是由于玻纤限制了分子链段运动,提高了复合材料熔点。玻纤的加入有利于促进尼龙66基体形成内部结晶,从而提高复合材料的抗变形能力。综上而言,玻纤的加入能够显著提升尼龙66复合材料的热变形性能。

图3 玻纤含量对复合材料热变形性能的影响

3 结语

加入过玻纤的改性尼龙66树脂,力学性能得到了大幅度的提升;玻纤还增强了PA66复合材料的热性能,使其热变形温度由70℃提升至220℃以上,复合材料的耐老化性十分出色,玻纤增强PA66复合材料产品可以广泛应用于汽车、机械等领域,例如节流阀体散热器槽、风扇叶片护罩等零部件。

玻纤在PA66中起到了很好的骨架作用,随着玻纤含量的增加,复合材料的拉伸强度、和冲击强度得到了大幅度的提升。