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晶须硅改性尼龙6复合材料的性能研究  

2011-12-16 15:38:29|  分类: 高分子复合材料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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晶须硅改性尼龙6复合材料的性能研究
  [摘 要]以晶须硅对尼龙6进行了增强改性,考察了晶须硅用量对材料冲击、拉伸强度的影响,比较了晶须硅、短玻璃纤维长玻璃纤维与尼龙6复合材料的加工流动性。结果表明,晶须硅能有效提高复合材料的力学、抗老化等综合性能并使材料保持相对优良的加工性能。

  [关键词]尼龙6 晶须硅 增强改性

  聚己内酰胺又名尼龙6(PA-6,polycaprolactam)是一种重要的工程塑料,但由于尼龙6的吸水性较大,造成产品尺寸稳定性差,干态或低温下冲击强度低、不透明、溶解性差等缺点,限制了其更广泛的应用[1、2]。为此,需要使用各种方法对尼龙6进行改性研究[3、4]。而使用无机填料进行填充改性来制备尼龙6与无机填料的复合材料就是其中最常用的一种增强改性手段。

  晶须硅是一种纤维状形体结构功能性材料,主要成分Si02,用于工程塑料改性可使产品具有高强度、高模量、高耐热性、及低收缩变形率且成本低廉,但目前晶须硅对尼龙改性这方面的研究还很少;本研究采用晶须硅对尼龙6进行增强改性,探索了晶须硅对尼龙6复合材料抗冲强度、拉伸强度等力学性能的影响,并考察了改性复合材料的加工流动性、吸水性、抗老化性等综合性能。

  一、实验部分

  (一)实验原料

  尼龙6,牌号:M2400,产地:广东省新会美达锦纶股份有限公司;

  晶须硅,牌号:MA462D,产地:四川绵阳正业新型材料有限公司;

  长玻璃纤维,牌号:无念粗纱长玻璃纤维,产地:巨石集团有限公司;

  短玻璃纤维,牌号:短切玻璃纤维,产地:广州市合诚化学有限公司;

  抗氧剂,牌号:AT1010,AT168,产地:金海雅宝。

  (二)实验设备及仪器

  SHR5A型高速混合机,江苏白熊机械(集团)公司;

  CTE35型同向双螺杆配混挤出机,科倍隆科亚(南京)机械有限公司;

  EA120A型精密注射成型机,亿利达机器(深圳有限公司);

  X型摆锤式冲击试验机,承德精密试验机有限公司;

  WDTW型电子万能试验机,承德精密试验机有限公司;

  二、结果与讨论

  (一)晶须硅对复合材料材料冲击强度的影响

  由图1可知,随着晶须硅含量的增加,晶须硅/尼龙6复合材料的冲击强度先增大后减小。这是由于,当晶须硅含量较少时,均匀分散在尼龙基体中的晶须硅能吸收一部分冲击能,对材料裂纹扩展起阻碍作用,因而冲击强度提高,但当填充量大于30%时,晶须硅填料有可能堆积,形成纤维附聚体,而纤维附聚体在材料中是薄弱环节,收受应力后易造成应力集中,引起材料破坏,因而冲击强度降低。

  (二) 晶须硅对复合材料拉伸强度的影响

  从图2可以看出晶须硅含量对材料拉伸强度的影响:当晶须硅填充量在低于20%时,随着晶须硅填充量的增加,材料的抗拉强度显著提高,但晶须硅的含量超过20%后,拉伸强度随着晶须硅含量的增加继续增大并趋于平稳,由此可知,晶须硅适合用于大量填充。综合考虑冲击强度的因素,就力学性能而言,改性剂晶须硅的用量以30%为宜。

  (三)晶须硅对复合材料加工性能的影响

  图3不同填料对尼龙6复合材料加工流动性的影响

  图3所示的是在尼龙6中加入不同种类的填料对于以熔融指数来表征的材料的加工流动性能的影响。从图可以看出,加入30%的晶须硅的尼龙6复合材料的流动性明显优于长玻璃纤维短玻璃纤维填充的尼龙6复合材料,在尼龙6基体中加入晶须硅后,材料仍然具有良好的加工流动性能。

  (四)晶须硅对复合材料吸水性能等的影响

  在实验中我们还发现,在尼龙6中加入晶须硅进行改性后,复合材料的吸水变形性比纯尼龙6材料有了十分明显的改善下降,气体阻隔性也有了提高和耐磨性也有了提高;此外,晶须硅在尼龙6中还可起到减慢反应速度,保持化学平衡、降低表面张力,稳定结构,提高制品热稳定性的等作用,从而可防止由光和热引起的材料老化。

  三、结论

  (一)使用晶须硅对尼龙6进行填充改性,可以提高材料的冲击强度和拉伸强度,当晶须硅的填充量为30%的时候,复合材料的综合性能最佳。

  (二)晶须硅填充改性的尼龙6复合材料的加工流动性明显优于玻璃纤维填充的尼龙6复合材料,而且能够改善和提高材料的吸水变形性以及抗老化性等综合性能。

  参考文献

  [1]郑宏奎,赵文聘,黄平,等,PA6的吸水性改性研究[J],塑料科技,2000,6(140):17-19

  [2]陈光明,李强,漆宗能,等,尼龙6复合材料的研究进展[J],高分子学报,1999,(12):11-13

  [3]J Ma,Y X Feng,J Xu. Effect of compatibilizing agent and in situ fibril on the morphology interface and mechanical properties of EPDM/nylon copolymer blends [J].Polymer,2002,43:937-945

  [4]姚艳梅,王月欣,丁会利,等,聚甲亚胺/尼龙6原位聚合复合材料的力学性能[J]河北工业大学学报,2003,32(4):12-16

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