热稳定剂种类对尼龙改性材料耐热性的影响

秦增增，姚 利，韩 璐

(天津长芦海晶集团有限公司，天津 300450)

1 前言

随着汽车小型化、轻量化的需求，工程塑料逐渐取代部分金属材料在汽车零部件中的应用，尼龙作为三大塑料之首，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 实验配方(表1)

表1 热稳定剂种类对产品性能影响配方

2.4 实验步骤

2.4.1 造粒

利用35试验机分别对表1中方案一、方案二、方案三进行实验打样造粒，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，测试结果作为此次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，分别取出样条测试拉伸强度、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

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

3 结果与讨论

3.1 热稳定剂种类对尼龙改性材料力学性能的影响

3.1.1 热稳定剂种类对尼龙改性材料拉伸力学性能的影响(表4、图1)

表4 热稳定剂种类对尼龙改性材料拉伸力学性能的影响

如表4和图1所示，三种情况烘烤前拉伸强度相差不大，考虑成测量误差造成，在200 ℃鼓风干燥箱中烘烤3 000 h，每500 h测试一次，前1 000 h，三种情况拉伸强度下降明显，降低明显度则是无热稳定剂>热稳定剂1>热稳定剂2，1 000 h后，随着烘烤时间的增加，拉伸强度呈缓慢下降趋势。

3.1.2 热稳定剂种类对尼龙改性材料弯曲力学性能的影响(表5、图2)

如表5和图2所示，三种情况烘烤前弯曲强度相差不大，可考虑成测量误差造成，在200 ℃鼓风干燥箱中烘烤3 000 h，每500 h测试一次数据，前1 000 h，无热稳定剂和稳定剂1两种情况弯曲强度下降明显，1 000 h后，随着烘烤时间的增加，弯曲强度呈缓慢下降趋势，而热稳定剂2的情况则整个过程都成缓慢下降趋势，整体来看，三种情况，随着烘烤时间的增加，弯曲强度下降度无热稳定剂>热稳定剂1>热稳定剂2 。

表5 热稳定剂种类对尼龙改性材料弯曲力学性能的影响

3.1.3 热稳定剂种类对尼龙改性材料冲击力学性能的影响(表6、图3)

如表6和图3所示，三种情况烘烤前冲击强度相差不大，考虑成测量误差造成，在200 ℃鼓风干燥箱中烘烤3 000 h，每500 h测试一次数据，前500 h，无热稳定剂和稳定剂1两种情况简支梁缺口冲击强度下降明显，500 h后，随着烘烤时间的增加，简支梁缺口冲击强度呈缓慢下降趋势，而热稳定剂2的情况则整个过程都成缓慢下降趋势，整体来看，三种情况，随着烘烤时间的增加，简支梁缺口冲击强度下降度无热稳定剂>热稳定剂1>热稳定剂2 。

表6 热稳定剂种类对尼龙改性材料冲击力学性能的影响

3.2 热稳定剂种类对尼龙改性材料力学性能保持率的影响

无热稳定剂、添加热稳定剂1和添加热稳定剂2三种情况，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。

三种情况注塑样条烘烤前后性能对比如表7、图4。

如表7和图4所示，鼓风干燥箱200 ℃烘烤3 000 h后，无热稳定剂的情况，拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度的保持率均在50%以下，其中拉伸强度保持率23.36%，弯曲强度保持率40.71%，简支梁缺口冲击强度保持率30.40%；添加热稳定剂1的情况，拉伸强度保持率50.81%，弯曲强度保持率53.01%，简支梁缺口冲击强度保持率45.15%，添加热稳定剂2的情况，拉伸强度保持率66.36%，弯曲强度保持率75.86%，简支梁缺口冲击强度保持率71.19%。同等烘烤条件下，添加热稳定剂2的情况产品力学性能保持最好。

表7 热稳定剂种类对尼龙改性材料力学性能保持率的影响

4 结论

经实验研究可知，热稳定剂对尼龙改性材料耐温性影响较大，无热稳定的情况下，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降严重降低，三种力学性能的保持率低于50%，加入热稳定后，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有所提高，其中添加热稳定剂1生产的尼龙改性材料，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优于添加热稳定剂2生产的尼龙改性材料。