高强高模短切纱增强PA66性能研究＊

晏 斌，何 勇，曾庆文，彭 珂，韩利雄，张 鹏

（重庆国际复合材料股份有限公司，重庆 400082）

0 前言

玻璃纤维作为热塑性塑料的主要改性材料，被广泛应用于多种热塑性塑料改性加工中，以提高塑料在强度、抗冲击性、耐老化性、耐醇和耐水等方面的性能［1-7］。

热塑性材料成功应用、快速增长的同时，应用拓展又对材料的性能提出了更高的要求，尤其是集成度更高的汽车零部件、轻薄化的电子、电器件，在这些特殊的应用领域，更高的强度、模量成为终端应用追求的目标之一，常规玻纤已经越来越难以满足使用要求。本文研究了常规玻纤和高强度高模量玻纤［8-10］增强PA66塑料性能，为制备高强度、高模量、高抗冲击性、优异的耐醇PA66塑料提供参考。

1 实验部分

1.1 原料

PA66树脂，DUPONT公司；

常规玻璃纤维ECS301HP-3-H，采用无氟无硼ECT玻璃生产，纤维直径10μm，重庆国际复合材料股份有限公司；

高强高模玻璃纤维ECS301HP-3-H/HT，采用HT玻璃生产，纤维直径10μm，重庆国际复合材料股份有限公司。

1.2 试验设备

TE-50型同向双螺杆挤出机，中国江苏（南京）科亚公司；

EM120-SVP/2型塑料注射成型机，震德塑料机械有限公司；

5982型电子式万能材料试验机，INSTRON公司；

XJC-220型冲击试验机，承德精密试验机有限公司；

RL-Z1B1型溶体流动速率仪，上海思尔达科学仪器有限公司；

反应釜WHFS-10，威海自控反应釜有限公司；万能试验机；

电热鼓风干燥箱CS101-3FP ，重庆恒达仪 器厂。

1.3 试样制备

用双螺杆挤出机将玻璃纤维和PA66充分混合并挤出造粒，其中玻纤质量分数为33%，将粒子干燥后，通过注塑机制备所需样条。

1.4 耐醇测试工艺

反应釜内注入乙二醇质量分数为50%的水溶液，并将PA66注塑样条置于溶液中，在145 ℃条件下分别煮4 d、7 d，取出试样，在湿态下测试力学性能。

1.5 热老化工艺

将样条放置在温度为210 ℃的恒温烘箱内，分别老化250 h和500 h，然后测试力学性能。

1.6 测试方法

拉伸性能： 依照GB/T1040-2006《塑料拉伸性能的测定》，速度为20 mm/min；

弯曲性能： 依照GB/T9341-2008《塑料弯曲性能的测定》，速度为20 mm/min；

冲击试验： 依照GB/T1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》，速度为3.5 m/s；

色差测试：采用色差仪测试。

2 实验结果和讨论

2.1 HT玻璃的性能

由表1可知，HT-glass是进入了碳纤维强度范围的高强度玻璃纤维，具有极高的拉伸强度和拉伸模量，拉伸强度较ECT玻璃提高50%，拉伸模量提高18%，HT-glass颜色较好，与ECT玻璃相比，L值更大，A、B值更小，说明玻璃更亮、更白。

表1 ECT玻璃和HT玻璃的性能对比

2.2 HT玻璃短纤增强PA66的力学性能

图1为不同玻璃类型短纤增强PA66的拉伸和弯曲强度。由图1可以发现，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66复合材料，与基于ECT 玻璃生产的ECS301HP-3-H增强情况相比，拉伸强度提高了16%，弯曲强度提高了17%。

图1 不同玻璃类型短纤增强PA66的强度

图2为不同玻璃类型短纤增强PA66的冲击强度。由图2可以发现，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66复合材料，与基于ECT玻璃生产的ECS301HP-3-H增强情况相比，冲击强度提高了20%左右，这是因为当材料受到冲击产生裂纹时，强度更高的HT玻璃使裂纹扩展的阻力增大，消耗变形功，更有效地阻碍了裂纹的扩展［11］。

图2 不同玻璃类型短纤增强PA66的冲击强度

图3是不同玻璃类型短纤增强PA66的模量。由图3可以发现， 拉伸模量提高了12%左右，弯曲模量提高了15%左右，这都是源于HT玻璃高模量的特性。玻纤增强热塑性树脂复合材料的模量与树脂和玻纤有关，因树脂的模量较小，所以整个复合材料的模量主要依赖于玻璃纤维，而由于HT玻璃具有更高的模量，所以基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66复合材料，与基于ECT玻璃生产的ECS301HP-3-H增强情况相比， ECS301HP-3-H/HT增强PA66复合材料的模量更高。

图3 不同玻璃类型短纤增强PA66的模量

2.3 HT玻璃短纤增强PA66的耐醇性能

ECS301HP-3-H/HT增强PA66复合材料，不仅具有优异的干态力学性能，同时具有出色的耐醇性能，如图4、图5。

图4 不同玻璃类型短纤增强PA66拉伸强度的耐醇变化

图5 不同玻璃类型短纤增强PA66拉伸模量的耐醇变化

图4是ECS301HP-3-H和ECS301HP-3-H/HT增强PA66拉伸强度的耐醇变化。由图4可知，随着醇煮时间的增加，拉伸强度逐渐降低。拉伸强度-醇煮0 d表示没有进行醇煮时的拉伸强度，醇煮4 d后，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66的拉伸强度保留率和基于ECT玻璃生产的ECS301HP-3-H增强PA66的拉伸强度保留率都很接近，为52%左右，但从绝对值来看，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66的拉伸强度高了20%左右；醇煮7 d后，两者的拉伸强度保留率均为43%左右，但从绝对值来看，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66的拉伸强度高了20%左右。

图5是ECS301HP-3-H和ECS301HP-3-H/HT增强PA66拉伸模量的耐醇变化。拉伸模量-醇煮 0 d表示没有进行醇煮时的拉伸模量，醇煮4 d后，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66的拉伸强度保留率和基于ECT玻璃生产的ECS301HP-3-H增强PA66的拉伸强度保留率都为50%左右，但从绝对值来看，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66的拉伸模量高了20%左右；醇煮7 d后，两者的拉伸强度保留率均为48%左右，从绝对值来看，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66的拉伸模量高了15%左右。

根据图4和图5可知，与基于ECT玻璃生产的ECS301HP-3-H增强PA66复合材料相比，基于HT玻璃生产的ECS301HP-3-H/HT增强PA66复合材料经过醇煮之后，拉伸强度和拉伸模量都较高。

2.4 HT玻璃短纤增强PA66的热老化性能

图6为ECS301HP-3-H和ECS301HP-3-H/HT增强PA66拉伸和弯曲强度耐热氧老化的情况对比。由图6可知，随着老化时间的增加，复合材料的拉伸强度和弯曲强度都在降低，但整个老化的过程中， ECS301HP-3-H/HT增强PA66热氧老化后的强度更高。250 h老化后，ECS301HP-3-H/HT增强PA66比ECS301HP-3-H增强PA66的拉伸和弯曲强度高15%左右；500 h老化后，ECS301HP-3-H/HT增强PA66比ECS301HP-3-H增强PA66的拉伸强度高20%左右，弯曲强度高14%。

图6 不同玻璃类型短纤增强PA66的强度热氧老化对比

图7为ECS301HP-3-H和ECS301HP-3-H/HT增强PA66拉伸和弯曲模量耐热氧老化的情况对比。由图7可知，随着老化时间的增加，250 h时，由于复合材料结晶度增加，模量比初始时要高，随着老化时间的增加，拉伸和弯曲的模量都持续降低，但整个老化的过程中，ECS301HP-3-H/HT增强PA66热氧老化后的模量更高。250 h老化后，ECS301HP-3-H/HT增强PA66比ECS301HP-3-H增强PA66的拉伸模量高14%，弯曲模量高17%；500 h老化后，ECS301HP-3-H/HT增强PA66比ECS301HP-3-H增强PA66的拉伸模量高13%，弯曲强度 高16%。

图7 不同玻璃类型短纤增强PA66的模量热氧老化对比

3 结论

综合实验表明，可以得出如下结论：

（1）采用HT-glass生产的玻纤，颜色更亮更白，有利于生产外观更好的制品。

（2）ECS301HP-3-H/HT增强PA66具有比ECT常规玻纤更加优异的干态力学强度和模量，适合于制备高强度、高模量、高抗冲的轻质制品，尤其适用于制备集成度更高的汽车零部件、轻薄化的电子、电器件等。

（3）ECS301HP-3-H/HT增强PA66具有更优异的耐醇性能及耐热老化性能，适合于制备对耐醇性能及耐热老化性能有高要求的制品。