热稳定剂添加量对尼龙改性材料耐热性的影响

秦增增，姚 利,陈晓杭

(天津长芦海晶集团有限公司，天津 300450)

1 前言

尼龙材料是一种性能优良的工程塑料，具有优异的力学性能、突出的耐腐蚀性、耐油性、耐热性、高模量等优点。汽车是尼龙最大的应用市场，尤其在世界汽车轻量化的趋势下，其改性产品在汽车行业中的应用日趋扩大。尼龙改性材料吹塑管料，常见用于汽车中冷器进气管，要求材料具有较好的物理机械性能的同时还需要较好的热稳定性能。为满足此要求，在生产过程中添加一定比例的热稳定剂，能较好地提高产品的热稳定性能。

2 实验部分

2.1 实验原料与设备

原料：PA6，天津长芦海晶集团有限公司聚合公司生产； 短玻纤(GF)，泰山玻璃纤维有限公司生产；热稳定剂，布吕格曼；其他助剂。

设备：南京欧立TE-35同向双螺杆挤出机；海天塑机SA600注塑机；真空干燥箱；万能试验机；缺口制样机；简支梁试验机等。

2.2 理论依据

实验中所用热稳定剂为布吕格曼铜盐类热稳定剂，所选铜盐类热稳定剂中的碘化亚铜与尼龙中酰氨基团的氮原子形成稳定的络合物结构，防止氮氢键受热脱氢，热氧化降解产生黄变，可防止内酰胺脱水形成亚胺结构，从而有效地提高了尼龙热稳定性能，对尼龙起到强效的保护，防止尼龙在高温、化学腐蚀以及恶劣的环境条件下产生过早的机械疲劳。

2.3 实验原辅料(表1)

表1 实验配方Tab.1 Experimental formula

2.4 实验步骤

2.4.1 造粒

分七组进行实验打样，在原辅料添加量不变的情况下，改变热稳定剂的添加量，添加量分别为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%，利用35试验机分别对七组配方进行实验打样造粒，实验过程中要求工艺稳定。造粒前，应对双螺杆挤出机进行清洗，启动设备，设定实验温度，进行预热，温度达到设定值后，用洗车料对双螺杆挤出机进行清洗，同时对加热区升温情况、螺杆转速及喂料量适宜条件、挤出样条状态、切粒机状态进行检查，确定实验设备符合运行条件，方可进行实验打样。

2.4.2 注塑

根据需要，造粒产品在做物理性能测试之前，需在真空干燥箱中烘烤6 h，温度105 ℃。注塑时，每组产品注塑拉伸样条50根，冲击样条120根，注塑完成后，每组产品进行首次拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度测试，测试结果作为耐温性实验参考基数。剩余样条置于真空干燥箱中烘烤，进行下一步实验测试。此次测试的样条均为23 ℃，50%湿度,平衡24 h。

2.4.3 烘烤

将注塑的样条放于真空干燥箱中，温度设置为200 ℃，进行不断电连续烘烤，当烘烤500 h、1 000 h、1 500 h、2 000 h、2 500 h、3 000 h时，分别取出样条测试伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度，为保证数据的准确性，每组至少取4根样条进行测试。

采用海天塑机SA600注塑机制备标准样条，注塑条件如表2。

表2 用注塑机注塑条件Tab.2 Injection molding conditions with molding machine

对注塑机制备的样条进行检测，检测方法和国标依据如表3。

表3 样条的检测方法和依据Tab.3 Detection method and basis of spline

3 结果与讨论

3.1 热稳定剂添加量对尼龙改性材料力学性能的影响

3.1.1 热稳定剂添加量对尼龙改性材料拉伸力学性能的影响

不同热稳定剂添加量生产的尼龙改性材料，利用注塑机注塑拉伸样条，样条放于鼓风干燥箱中烘烤3 000 h，温度设置200 ℃，分别在烘烤0 h、500 h、1 000 h、1 500 h、2 000 h、2 500 h、3 000 h时测试样条拉伸强度，观察强度变化情况，结果见表4、图1。

表4 热稳定剂添加量对尼龙改性材料拉伸力学性能的影响Tab.4 The effect of heat stabilizer addition on tensile mechanical properties of nylon modified materials

如表4和图1所示，随着烘烤时间的增加，改性产品的拉伸强度逐渐降低，烘烤时间≤2 000 h时，产品拉伸强度平稳缓慢降低，烘烤时间2 000 h时，热稳定剂添加量≤2.0%，产品拉伸强度明显下降。从表4和图1可以看出，随着热稳定剂添加量的增加，经过同等时间200 ℃的烘烤，产品的拉伸强度变化越小。整体来看，热稳定剂添加量为3.0%～4.0%时，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品拉伸强度变化较小。

图1 热稳定剂添加量对尼龙改性材料拉伸力学性能的影响Fig.1 Effect of heat stabilizer addition on tensile mechanical properties of nylon modified materials

3.1.2 热稳定剂添加量对尼龙改性材料弯曲力学性能的影响

不同热稳定剂添加量生产的尼龙改性材料，利用注塑机注塑拉伸样条，样条放于鼓风干燥箱中烘烤3 000 h，温度设置200 ℃，分别在烘烤0 h、500 h、1 000 h、1 500 h、2 000 h、2 500 h、3 000 h时测试样条弯曲强度，观察强度变化情况，结果见表5、图2。

表5 热稳定剂添加量对尼龙改性材料弯曲力学性能的影响Tab.5 The effect of heat stabilizer addition on bending mechaical properties of nylon modified materials

图2 热稳定剂添加量对尼龙改性材料弯曲力学性能的影响Fig.2 Effect of heat stabilizer addition on bending mechanical properties of nylon modified materials

如表5和图2所示，烘烤前，不同热稳定剂添加量的情况下，产品弯曲强度相差不大，随着烘烤时间的增加，产品的弯曲强度逐渐降低，从图2能看出，热稳定剂添加量≤3.0%时，热稳定剂添加量越少，随着烘烤时间增加，产品拉伸强度降低的越明显，热稳定剂≥3.0%，热稳定剂添加量越多，随着烘烤时间的增加，产品拉伸强度降低的越明显。整体来看，热稳定剂添加量为3.0%～4.0%时，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品弯曲强度变化较小。

3.1.3 热稳定剂添加量对尼龙改性材料冲击力学性能的影响(表6、图3)

表6 热稳定剂添加量对尼龙改性材料冲击力学性能的影响Tab.6 The effect of heat stabilizer addition on impact mechaical properties of nylon modified materials

图3 热稳定剂添加量对尼龙改性材料冲击力学性能的影响Fig.3 Effect of heat stabilizer addition on impact mechanical properties of nylon modified materials

如表6和图3所示，烘烤前，不同热稳定剂添加量的情况下，产品的冲击强度相差不大，随着烘烤时间的增加，产品的冲击强度总体呈下降趋势，从图2能看出，热稳定剂添加量≤3.0%时，热稳定剂添加量越少，随着烘烤时间的增加，产品冲击强度降低的越明显，热稳定剂≥3.0%，热稳定剂添加量越多，随着烘烤时间的增加，产品冲击强度降低的越明显。整体来看，热稳定剂添加量为3.0%～4.0%时，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品冲击强度变化较小。

3.2 热稳定剂添加量对尼龙改性材料力学性能保持率的影响

改变热稳定剂添加量，添加量1.0%～4.0%，其他原辅料不变的情况下实验打样，产品在相同注塑条件下注塑拉伸样条，弯曲样条，测试样条烘烤前和在200 ℃的鼓风干燥箱中烘烤3 000 h后的拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度，比对数值，查看各力学性能的保持情况，用保持率表示如下：

式中:最终数值——200 ℃/3 000 h烘烤后测试数值；原始数值——样品注塑后直接测试数值，未经烘烤。

不同热稳定剂添加量的情况下，注塑样条烘烤前后性能对比见表7、图4。

表7 热稳定剂添加量对尼龙改性材料力学性能保持率的影响Tab.7 Effect of heat stabilizer addition on mechanical properities retention of nylon modified materials

图4 热稳定剂添加量对尼龙改性材料力学性能保持率的影响Fig.4 Effect of heat stabilizer addition on mechanical properities retention of nylon modified materials

如表7和图4， 热稳定剂添加量在1.0%～3.0%时，随着热稳定添加量的增多，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度保持率逐渐 增高；热稳定剂添加量在3.0%～4.0%时，随着热稳定添加量的增多，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度保持率逐渐降低；从图7看出，热稳定剂添加量≥2.5%时，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品的拉伸强度保持率达70%以上，热稳定剂添加量≥1.5%时，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品的弯曲强度保持率能达到70%以上，热稳定剂添加量≥3%时，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品的冲击强度保持率能达到70%以上。

4 结论

经实验研究可知，热稳定剂添加量对玻纤增强尼龙改性材料耐温性影响较大，当热稳定剂添加量在1.0%～3.0%时，随着热稳定剂添加量的增加，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品的拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度保持率呈递增的趋势。当热稳定剂添加量在3.0%～4.0%时，随着热稳定剂添加量的增加，经200 ℃/3 000 h烘烤，产品的拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度保持率呈递减的趋势。考虑到所有力学指标要求烘烤后保持率能达到70%以上，建议热稳定剂添加量为3.0%。