复合尼龙论文范文

复合尼龙论文范文（精选8篇）

复合尼龙论文 第1篇

尼龙66具有优异的综合性能,在汽车制造业、电子工业、航空工业等许多领域有着广泛的应用。但由于其具有强极性的特点,吸水率高、尺寸稳定性和电性能差。由于PA66在干态和低温下具有脆性大、冲击强度差的缺点,导致其使用寿命缩短,这些缺陷极大地限制了它的应用。为了改善这些不足,许多科研工作者们试着用其它类型的材料与尼龙66共混最终制得综合性能优异的复合材料,扩大了市场的应用范围。

1 无机纳米粒子共混改性尼龙66

近年来,随着纳米技术的不断研究和发展,纳米粒子添加到塑料中发挥了独特的效果,使塑料纳米复合材料具有优异的力学、热学性能[4,5,6]。

徐翔民等[7]采用熔融共混的方法在双螺杆挤出机上制备出纳米SiO2/尼龙66复合材料,并对其力学性能和热性能进行了研究。结果表明:复合材料的拉伸强度和弹性模量随纳米SiO2含量的增加而提高。当SiO2质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度达到最大,增幅为11.2%;当SiO2质量分数为5%时,弹性模量达到最大,增幅为30.1%。复合材料的储能模量和玻璃化转变温度较纯尼龙66也有明显提高。经差示扫描量热法(DSC)分析显示,纳米SiO2的加入一方面阻碍了尼龙66的结晶过程,降低了材料的结晶温度;另一方面它又能作为形核剂,增加尼龙66的形核位置,提高形核率。

卢会敏等[8,9]利用熔融共混法制备了PA-66/SiO2纳米复合材料,研究了复合材料的形态和力学性能,结果表明:在SiO2含量为3wt%时,复合材料的拉伸强度达到最大,比纯PA-66增加7.6%;SiO2含量为4wt%时,复合材料的缺口冲击强度达到最大,比纯PA-66增加51.3%;复合材料的储能模量和损耗模量也有所增加;其断面呈现出明显的塑性变形。

王红东等[10]将纳米SiC与PA-66经熔融共混制成复合材料,对其力学性能进行了研究,结果显示,SiC能改善PA-66的力学性能,在SiC含量为3%时,复合材料的拉伸强度最大,SiC含量达到10%时,复合材料的冲击强度和耐磨性最佳。

陈研[11]将自制的纳米氢氧化铝经表面有机化处理后与PA-66熔融共混制成复合材料,该复合材料的阻燃性能、拉伸强度、冲击强度均有所改善;添加40份氢氧化铝后,复合材料的极限氧指数从纯PA-66的25提高到29,拉伸强度提高31%,冲击强度提高8.6%;但氢氧化铝含量进一步增加,复合材料的力学性能和阻燃性能均开始逐步变差。

Rajatendu Sengupta等[12]利用溶胶-凝胶法经原位复合制得了PA-66/SiO2纳米复合材料, TGA实验显示,与纯PA-66相比,复合材料的熔融温度稍有下降,但热分解温度提高了20 ℃;动态力学分析(DMA)表明,复合材料的储能模量有显著提高;另外复合材料的杨氏模量和拉伸强度均有明显增加。

张振涛等[13]研究发现,通过熔融共混法制备了纳米硫酸钡增强增韧尼龙66复合材料,研究了纳米硫酸钡含量对增强增韧尼龙66复合材料力学性能的影响。结果表明,纳米硫酸钡对尼龙66有显著的增强增韧作用。尼龙66的韧性、刚性和强度随着纳米硫酸钡含量的增加先增后减,在纳米硫酸钡质量分数为3%时,力学性能最优;对比空白样,缺口冲击强度提高了17.1%,弯曲强度和模量分别提高了5.74%和11.57%,拉伸强度和模量稍有提高。

2 纤维共混改性尼龙66

李丽等[14]将表面活化处理的碳纤维加入到尼龙66树脂中经双螺杆挤出机造粒,再经注射成型得到制品,经测试经过改性之后的碳纤维/尼龙66复合材料,当碳纤维含量在23%时,除冲击强度略有降低之外其它的力学性能都得到成倍的增长。其中拉伸强度达到192 MP,弯曲强度288 MP,分别比纯尼龙66的强度提高了2.4倍和2.9倍。

陈现景等[15]将PA66树脂及其它助剂(0.1%~0.5%的1010抗氧化剂)与短切玻纤(30%)在同向双螺杆挤出机中混合匀化,从喷嘴挤出,经冷却后,由造粒机切割造粒,将粒料在120 ℃于干燥箱中烘干4 h,再放入HTF86X2塑料注塑机料桶中,于设定温控下(约255 ℃)熔融注塑,制得标准拉伸试件和冲击试件等。经测试表明T435D一试10处理的玻纤/PA66复合材料试样力学性能提高更明显,其中拉伸强幅度达到110 MP,弯曲强度达到145 MP,冲击强度达到8 kJ/m2,这可能是因为加入三聚氰胺后,三聚氰胺不但能与PA66反应,而且能与成膜剂聚氨酯发生交联反应,提高了纤维的集束性,在与树脂结合过程中使聚合物间接合更紧密,所以在一定程度上改善了玻纤/PA66的力学性能。

段召华[16]采用自行研制的熔体浸渍包覆长玻纤装置,制备了长玻纤增强尼龙66(LFT-PA66)复合材料。结果表明:长玻纤增强尼龙66的力学性能明显优于短玻纤增强尼龙66(SFT-PA66),相容剂PP-G-MAH的加入增强了界面黏结强度,提高了长玻纤增强尼龙66复合材料的拉伸强度和冲击强度。

樊孝玉等[17]研究发现利用马来酸酐MAH 是极性分子来作为制备超韧尼龙66的优秀增容剂,其界面粘合能大,在增韧剂上接枝MAH,可使增韧剂极性增强,而且MAH分子中的活性基团数羧基可与尼龙66酰胺基团发生化学反应。随着增容剂MAH加入量的增加,复合材料的缺口冲击强度会增大,但若MAH过量,不仅自聚,也容易引起增韧剂的交联凝胶。结果显示,在280 ℃、2%MAH的接枝条件下,EPDM对尼龙66的增韧效果最好[18]。

刘涛等[19]通过熔融挤出法制备了尼龙66/玄武岩纤维复合材料,通过力学性能测试、扫描电子显微镜观察及固体流变仪分析等方法研究了偶联荆种类及含量、玄武岩纤维[20]含量对复合材料力学性能、加工性能和动态力学性能的影响。当KH550质量分数为0.5%时,PA66/玄武岩纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量和缺口冲击强度均达到最大值,分别为205.3、245.2、7375.8 MPa和13.8 kJ/m2。这可能是因为当KH550质量分数小于0.5%时,玄武岩纤维只能被部分KH550浸润偶联,存在裸露,随着KH550含量的增加,玄武岩纤维被浸润程度增大,当KH550质量分数为0.5%时,玄武岩纤维被完全浸润偶联(形成连续分布单分子薄膜层),因而性能达到最高点。当KH550含量继续增加时,在玄武岩纤维表面形成多层KH550分子膜,使得玄武岩纤维表层与PA66物理结合增强,化学结合减弱,因而PA66/玄武岩纤维复合材料的力学性能降低。

沈经纬等[21] 用挤出-拉伸-注塑法制得了增强又增韧的PP/ PA66 原位复合材料,以未经拉伸的普通共混材料作对照,研究了PA66 质量含量(Cd)对材料相形态和力学性能的影响及其作用机制. 结果表明,当Cd由0%增至20%时,原位形成的PA66 纤维数量增多,纤维直径及其分散性以Cd=15%为界先减小后增大,残留的PA66 粒子数也增多;纤维数量的增多和纤维网络的发展导致材料冲击强度持续增高;纤维及粒子对基体的增刚作用使材料杨氏模量增高趋于极限值;受分散相对基体增强效应和两相弱粘结界面缺陷效应的综合影响,材料的拉伸强度以Cd=15%为界先增高后降低。

3 多元复合材料改性PA66

崔巧丽等[22]研究了改性纳米高岭土和马来酸酐接枝乙烯一辛烯共聚物(POE-g-MAH)对PA66/POE-g-MAH/改性纳米高岭土复合体系的力学和形态的影响。结果表明;改性纳米高岭土和POE-g-MAH具有协同增韧的效果,PA66/POE-g-MAH/改性纳米高岭土质量比为100/20/0.2时,复合材料的冲击强度比PA66提高了7.3倍;低温冲击强度比PA66提高了2.7倍;形态研究表明:改性纳米高岭土的加入对POE-g-MAH具有助分散的作用。

肖波等[23]采用熔融共混方法制备了尼龙66(PA66)/热致液晶聚合物(TLCP)/埃洛石纳米管(HNTs)三元复合材料。结果表明,TLCP对PA66起到一定的增强增韧作用,加入HNTs后,PA66/TLCWHNTs三元复合材料的弯曲性能明显提高,含有质量分数10%TLCP和5%HNTs的三元复合材料相比纯PA66,在冲击强度提高32.6%的同时,拉伸强度、弯曲强度、热变形温度分别提高了约16.3%、103%、22 ℃。采用差示扫描量热分析法(DSC)研究了复合材料中TLCP和HNTs对PA66结晶和熔融性能的影响,扫描电子显微镜照片和动态热机械分析表明,HNTs的加入改善了PA66与TLCP的相客性,TLCP在HNTs的作用下能够较好地原位成纤。

甘典松等[24] 用熔融共混方法制备了尼龙(PA)66/热致液晶聚合物(TLCP)/埃洛石纳米管(HNTs)复合材料,研究了其热性能、微观形态及力学性能。结果表明,当TLCP的质量分数为4%、HNTs的质量分数为15%时,复合材料的综合性能最佳。其拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度及弯曲弹性模量相比纯PA66分别提高了30.4%、76.9%、34.4%、91.7%。熔体的加工流动性得到改善,PA66/TLCP/HNTs复合材料的吸水性能明显降低。少量的TLCP有利于提高PA66/TLCP复合材料的结晶性能和熔融温度;HNTs的加入能提高复合材料的结晶温度,与基体有较好的界面结合;TLCP及HNTs能在基体中均匀地分散,TLCP在PA66/TLCP/HNTs复合材料中形成微纤结构,且沿纤维轴方向取向。

王维等[25]用熔融共混方法制备了聚苯硫醚(PPS)/尼龙-66(PA66)/埃洛石纳米管(HNTs)复合材料,研究了其力学性能、热性能及其微观形态。结果表明:当PPS/PA66的比为60/40、HNTs的含量为30%时,复合材料具有较好的性能。复合材料的拉伸强度、弯曲模量及缺口抗冲击强度相对纯PPS分别提高了36.6%、163.5%、104%。DSC的分析说明PPS与PA66两组分在熔体中有一定的相容性及相互作用。扫描电子显微镜(SEM)显示,PA66呈链珠状分散于PPS基体中,HNTs在PPS/PA66体系中具有很好的分散性,并形成微纤状结构。相容剂的加入有利于改善PPS/PA66之间的界面结合以及HNTs在复合体系中的分散效果。

4 其它改性PA66

柯林萍等[26]用熔融共混法制备了有机化荣脱石填充的尼龙66复合材料,通过差示扫描量热分析(DSC)、偏光显微镜照片(POM)和动态力学分析(DMA)等手段研究了复合材料的非等温结晶过程、结晶形态和球晶尺寸、动态力学行为等。并与普通尼龙66进行了比较,发现经过有机化蒙脱石填充的尼龙66的结晶速率比较快,球晶尺寸较小,弹性模量较大。

何素芹等[27]用熔融共混法制备了一系列蛭石填充尼龙66复合材料,测试了复合材料的力学性能,用SEM、DSC、WAXD和HA胀E-Ⅱ高压毛细管流变仪等方法研究了复合材料的微观结构、非等温结晶过程和结构、流变性能。结果表明:蛭石的加入提高了尼龙66的拉伸性能和弯曲性能。随蛭石填充量的增加,尼龙66复合材料的拉伸强度变化不大,均提高了约12%;弹性模量、弯曲强度和弯曲模量基本呈线性上升趋势,当填充量为26%时,分别提高了116%、32%、55%;当填充量小于16%时,冲击强度降低不多,但填充量大于16%时,冲击强度降低较多;蛭石对尼龙66具有有效的异相成核的作用。与纯尼龙66相比,蛭石填充复合材料的结晶温度升高,过冷度降低,结晶峰半高宽减小,半结晶周期减小;蛭石在尼龙66基体中分散较均匀,部分蛭石粒径在纳米级,蛭石与尼龙66树脂之间有较好的粘结;蛭石的加入使尼龙66非牛顿指数减小,尼龙66对剪切力敏感性下降。

5 结 语

润滑材料-尼龙 第2篇

尼龙的摩擦系数随负荷的增加而降低，在高负荷条件下，摩擦系数可以降至0.1～0.15左右；在摩擦表面存在有油或水时，摩擦系数有更大的下降趋势。尼龙的摩擦系数还随着速度的增加或表面温度的升高而下降。

尼龙的耐磨损性好，特别是在有大量尘土、泥砂的环境中，它所表现出来的耐磨损性是其他塑料无法与之相比的。在摩擦表面上有泥砂、尘土或其他硬质类材料存在时，尼龙的耐磨性比轴承钢、铸铁甚至比经淬火表面镀铭的碳钢还要好。

在应用尼龙材料时，要特别注意选择与其相互对摩的材料。在摩擦界面有硬质微粒存在时，尼龙的耐磨损性是一般钢材不能与之相比的。如用尼龙轴瓦代替表铜轴瓦时，被磨损的是轴，轴是不易更换零件，它被磨损后会带来严重后果。

汽车高性能尼龙复合材料的研发 第3篇

关键词：汽车,尼龙,材料,研发

0引言

汽车工业是我国国民经济的支柱产业。据中国汽车工业协会统计,2013年我国汽车产、销双双超过2000万辆:产量为2211.68万辆,销量为2198.41万辆,并且再次刷新世界纪录,连续五年蝉联世界第一, 成为全球汽车产销第一大国。

汽车工业正以越来越大的影响力改变人们的工作和生活,但随之而来的能源短缺、环境污染等一系列问题也日益突出。2013年8月,联合国环境署发布报告《中国资源效率:经济学与展望》。报告认为,中国已成为世界上最大的原材料消费国,并产生了巨大的环境压力,若中国不能加快改善当前的资源效率,环境压力或将快速增大。报告统计,中国单位经济产出的温室气体排放量是世界平均水平的四倍以上,是亚太地区的两倍。因此,汽车工业的发展,必须与国民经济发展和科学技术进步相协调一致,为生态文明建设做出贡献。

我国汽车工业产品结构调整目标为:实现产品技术升级,增加高效、节能与新能源、新型动力汽车产品的比重,扩大新材料和轻量化技术应用范围。努力实现汽车保有量翻番,燃油消耗增长不超过50%的目标。提高自主品牌乘用车的国内市场占有率,其中自主品牌轿车国内市场占有率力争达到50%。汽车工业技术进步的主要方向为:改善整车结构和车身造型设计,降低噪声,提高可靠性和耐久性技术及新材料技术,降低车身重量。

1尼龙:汽车轻量化的首选材料

汽车轻量化是实现汽车环保化、节能化、低碳化的必然趋势。相关研究表明,汽车装备质量每减少100kg,百公里油耗降低0.2~0.6L,汽车每减重10%, 可降低油耗8%~10%,降低排放5%~6%。为此,采用密度小、易回收加工的塑料材料是节能减排、降本增效的重要措施。发达国家已将车用塑料用量作为衡量汽车设计及制造水平高低的一个重要标准。德国是世界上汽车塑料用量最大的国家,如今每辆汽车平均使用塑料制品近300kg,占汽车总消费材料的22%左右,如奥迪A2型轿车塑料总重量己达材料总量的24.6%;而我国每辆汽车平均塑料用量仅为100kg,塑料件仅占汽车自重的7%~8%,同世界其他国家相比, 还有很大差距。

尼龙又称聚酰胺(PA),是美国Du Pont公司最先开发用于纤维的树脂,具有良好的综合性能,包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性,且摩擦系数低,有一定的阻燃性,易于加工,适于用玻璃纤维和其他填料填充增强改性,提高性能,广泛应用于众多领域。2013年全球尼龙总产量1200万吨,其中PA66 200万吨、PA6 1000万吨。尼龙纤维占有率已经退化到59%,汽车领域尼龙使用量已经超过电子电器,位居改性工程塑料首位。

我国汽车用尼龙材料长期为杜邦、巴斯夫、罗地亚等国外化工巨头所垄断。国外知名企业在中国建厂生产改性尼龙情况(见表1)。

从表上数据可以看出,目前全国主要尼龙生产厂家产能才达到21万吨/年,其中约50%用于汽车领域。预计2015年汽车产量2500万辆,按目前国内平均每辆车使用尼龙8~10kg推算,尼龙需求量约25万吨;国外发达国家采用尼龙替代铝制汽缸盖、油底壳、 前后门等,平均每辆车使用尼龙12~24kg,预计汽车用尼龙年需求量将超过50万吨。尼龙已成为取代金属材料实现汽车轻量化的首选材料。

2汽车尼龙材料的前瞻性研究

塑料在汽车上的用量已经成为一个国家汽车工业技术水平的重要标志。自从汽车内外装饰部分的塑料化基本完成后,人们的注意力逐渐集中到功能化、 结构化塑料件发展。尼龙材料机械强度高、耐热、耐腐蚀、耐疲劳,加工性能优越,在汽车塑料的比重越来越大。目前,汽车用尼龙材料的研究主要集中在发动机及周边部件、汽车用长玻纤增强尼龙和碳纤维尼龙材料研究的研究领域。

2.1发动机及周边部件用尼龙材料研究

发动机是汽车的心脏,占汽车总重量的10%~ 15%。据统计,在发动机及周边部件应用的塑料中, 90%以上都是尼龙,主要有发动机罩盖、汽车水室、散热器和进气歧管等,其中尼龙在发动机罩盖、汽车水室和散热器的应用在国内外的研究和应用已趋于成熟。进气歧管是汽车进气系统的主体部件,固定在发动机的气缸盖上,呈形状复杂的中空制品。传统的进气歧管由铸件、铝合金材料制成,其表面粗糙、充气阻力大 、质量大,而且由于铝制进气歧管是由翻沙制成,管道内壁有大量小的凸凹面,而这些凸凹面会使流进发动机的空气产生紊流现象,引起进气不畅。自20世纪90年代后期起,德国宝马公司采用熔芯法成功生产出塑料进气歧管后,塑料进气歧管以其质量轻、成本低、性能好等特点迅速取代金属进气歧管,成为新型发动机的首选。目前,国内外轿车汽油机90% 都采用尼龙进气歧管,采用的材料为尼龙PA6或PA66加25%~35%的玻纤增强材料。

2.2长玻纤增强尼龙材料研究

长玻纤与短玻纤相比,增强尼龙(LGFR-PA)具有更优异的力学性能,在高温、高湿环境下仍能保持良好的力学性能,可替代金属用作结构材料。自美国Fiberfill公司研究长玻纤增强尼龙成功后,国内外学者都加大了对长玻纤增强尼龙的研究力度,在配方和工艺方面做了大量的研究开发。就LFRTP的生产方法而言,目前有浸渍法、复合纤维法以及直接注塑法。 浸渍法在设备上简单易行,生产成本相对较低,对环境友好,故工业上大多采用浸渍法来生产LFRTP。浸渍法又可分为反应浸渍、溶液浸渍、粉体浸渍、混纤纱浸渍和熔融浸渍五种浸渍方法。研究结果显示:熔融浸渍拉挤技术采用了一种特殊结构的浸渍模头,使纤维经过充满熔体的模头时,反复多次承受交替的变化,促使纤维熔体强制的浸渍,达到理想的浸渍效果。 故长玻璃纤维增强热塑性粒料主要采用熔融浸渍拉挤技术。

2.3碳纤维尼龙材料研究

碳纤维最大的优点是质量轻、强度大, 其重量仅相当于钢材的20%~30%, 硬度却是钢材的10倍以上。如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换,车体重量可减轻300kg,燃油效率提高36%,二氧化碳排放量可削减17%。采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展, 并带来巨大的节省能源的效益。目前,国外对碳纤维的技术和产品实施全面封锁,碳纤维价格高,而我国碳纤维相关产业发展缓慢,生产规模小、产品质量不稳定、没有高性能产品、 技术设备落后,大都没有形成规模效益。所以,汽车领域的碳纤维复合材料来源于国外少数碳纤维及改性材料生产厂家,主要应用在小批量车型、高级轿车和F1赛车上的车体部分、发动机部件、传动系统、底盘系统等。碳纤维增强热塑性复合材料的技术研究主要集中在对碳纤维的均匀性、单丝纤度等本身性能及复合材料的界面控制对材料性能的影响方面。研究表明,碳纤维增强复合材料性能的提高依赖于界面结合强度的提高。控制界面结合强度的最关键的因素是对碳纤维进行表面处理,增加碳纤维表面有效官能团。

3高性能尼龙复合材料的研究成果

国内改性塑料企业加强自身的设计开发、模拟分析和模拟验证能力,不断推出性能更优、范围更广和有价格竞争力的产品和专用牌号,使得汽车用高性能尼龙复合材料的各项性能指标可以满足汽车工业日益发展的严格要求,强化工业生产过程中质量管控与精益化生产管理水平,努力改变我国汽车工业所需尼龙材料被国际巨头垄断的现状。

3.1研究内容

(1)利用已有成果和专利技术,开发一系列具有高流动、抗水解、高模量、耐热等特性的高性能尼龙复合材料,使其成功应用于发动机罩盖、冷却风扇、进气歧管、水室、油底壳等汽车发动机及周边零部件。(2) 在小批量生产的基础上,进行规模化生产研究,通过moldflow软件分析、验证和优化成型流程,严格把控过程KPI,确保质量稳定。(3)对生产设备及工艺流程进行改进再优化,包括配混料及加料系统的设备优化及工艺、节能降耗真空集成系统工艺、高功效螺杆组合及转速和长径比的研究。(4)主要技术指标:30%玻纤增强尼龙6的熔融指数大于或等于15g/10min (250℃,2.16kg);目标产品在乙二醇 (分析醇) 中, 135℃情况下浸泡48小时后,无任何裂纹,力学性能保持率大于或等于50%;目标产品经150℃,1000h热老化后,力学性能保持率大于或等于80%;40%长玻纤增强尼龙6的拉伸强度大于或等于220MPa,弯曲模量大于或等于11500MPa。

3.2知识产权和创新点

在汽车领域涌现出具有自主知识产权的新技术新产品,部分发明专利(见表2)。

技术突破和创新点:(1) 选用低粘度的尼龙树脂6和短玻璃纤维制备的汽车发动机罩盖尼龙复合材料,改进产品表观,提高其机械性能,拥有较好的尺寸稳定性。(2)通过特殊的处理降低了石墨的膨胀温度, 使得可膨胀石墨在复合材料加工过程中连续膨胀,从而促进了玻璃纤维在基体树脂中的分散和熔融效果, 达到提高材料流动性的目的。(3)使用自制多功能复合耐水醇解尼龙母粒,使改性后的尼龙复合材料能长期在150℃的条件下保持性能稳定及长期抵抗水解和热醇溶液引起的脆化,提高了材料的热稳定性,耐高温、耐水解、耐醇解的性能。(4)采用专有配方和自主设计模具生产长玻纤增强尼龙材料,提高长玻纤浸润效果和综合力学性能,同时减小了生产过程带来的环境污染。

3.3技术工艺路线(见图1)

3.4产品技术性能水平与国外同类产品的比较

国产产品技术指标已达到国外同类产品水平,可替代进口,打破国外垄断,同时具有明显的成本优势。 从表3可见,国产产品保持了良好的刚性,韧性超出国外同类产品50%。从表4可见,国产产品达到并在部分性能上超过国外同类。从表5可见,国产产品达到国外同类产品水平。

3.5高性能尼龙复合材料的应用

国产高性能尼龙复合材料包括高流动尼龙、耐水解尼龙、耐热尼龙、长玻纤尼龙、阻燃尼龙、绝缘导热尼龙等,主要应用于制备汽车安全件和功能件。汽车部分零部件使用国产高性能尼龙和国外发达国家产品情况对比(见表6)。

4发展机会与应用空间

近年来,国家推出以汽车产业振兴规划为核心的一系列扶持政策,通过优化产业结构,维护汽车工业的稳定发展,单辆汽车使用高性能改性尼龙复合材料的数量比以前有了更大的增加(见表7)。

复合尼龙论文 第4篇

关键词：无卤,阻燃,PA612

在电子电器领域,尼龙6和尼龙66由于优异的电性能、耐热性能、综合的刚性以及韧性而被广泛的使用。但是尼龙6和尼龙66自身吸湿率高,纯PA6在空气中的平衡吸湿率接近3% ,饱和吸水率更是接近9. 5% ; 纯PA66的平衡吸湿率约为2. 8% ,饱和吸水率约为8. 5% 。高吸水率带来实际使用过程中强度的降低[1],电性能的下降[2]以及尺寸的变化[3]。这就决定了普通尼龙6和尼龙66无法满足对电性能以及尺寸要求非常高的场合。尼龙612由于分子结构中含有长的脂肪链,所以其分子链间酰胺键的比例下降,使得其饱和吸水率大大降低,只有1. 5% 。因此在有些普通尼龙6和尼龙66无法满足应用要求的场合,可以试用尼龙612来代替。

考虑到电子电器的零部件大部分都有阻燃的要求,目前常用的阻燃剂有溴化苯乙烯、十溴二苯乙烷、红磷以及次磷酸盐等[4]。溴化苯二烯和十溴二苯乙烷虽然可以满足欧盟的一些法规要求,但是其燃烧过程中仍然会生产有毒的卤素气体; 而红磷阻燃剂在使用过程中受颜色限制严重,而且产品在使用过程中还存在磷酸的析出对嵌件的腐蚀; 次磷酸盐作为无卤环保的阻燃剂,是未来的一个发展方向。虽然目前国外大公司已有成熟的产品供应,但是受专利保护和成本的限制,目前仍没有大批量推广。

本研究基于以上分析,采用氢氧化物作为阻燃剂,并复配阻燃协效剂,成功制备了达到阻燃V0的的无卤环保阻燃尼龙612复合材料。

1 实验部分

1. 1 主要原料

尼龙612( 注塑级) ,山东东辰; 玻璃纤维( 通用级) ,山东泰山玻纤; POE - G - MAH( GR216) ,陶氏化学; 氢氧化镁( H- 5V) ,德国雅宝; 协效阻燃剂 ( FR801 ) ,公司自制; 偶联剂( KH550) 。

1. 2 主要设备

CPM - TSE - 35双螺杆挤出机,南京瑞亚挤出机械制造有限公司; CH - 50注塑机,台湾震雄注塑机有限公司; CMT6104电子万能拉力机,美特斯工业系统( 中国) 有限公司; ZBC1400- A摆锤式冲击试验机,美特斯工业系统 ( 中国 ) 有限公司HVR - JT水平垂直燃烧试验仪,上海竟田测试设备有限公司SHR - 300A高速搅拌机,张家港贝斯特机械有限公司。

1. 3 实验过程

1. 3. 1 氢氧化镁预处理

将氢氧化镁在高速搅拌机中以400 rpm的速度搅拌,然后从搅拌机的液体加液口加入偶联剂后继续搅拌20 min,出料。

1. 3. 2 样料制备

将尼龙612在90℃鼓风干燥箱中干燥10 h除去水分,将干燥好的尼龙612、预处理的氢氧化镁、协效阻燃剂、增韧剂按比例加入高速搅拌机以400 rpm的速度搅拌5 min,出料得到预混物。将预混物加入双螺杆挤出机加料斗,通过侧喂料加入30% 短切玻璃纤维,然后拉条,冷却,切粒,包装。螺杆转速480 rpm,挤出机加料段到口模的温度依次为: 210℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、240℃。

1. 3. 3 试样制备

将样料于90℃鼓风干燥箱干燥10 h,干燥后按UL94标准注塑样条测试阻燃性能,按ISO标准注塑力学性能测试样条;注塑压力90 MPa,注塑机加料段至喷嘴的温度依次设定为:240℃、240℃、250℃、250℃、255℃。

2 结果与讨论

2. 1 不同组分氢氧化镁对尼龙 612 燃烧性能的影响

为了研究氢氧化镁加入量对尼龙612燃烧性能的影响,本实验分别测试氢氧化镁含量分别为30% ,40% ,50% 时材料的燃烧性能,不同组分的氢氧化镁对尼龙612燃烧性能测试结果如表1。

从表1可知,随着氢氧化镁含量的提高,尼龙612的阻燃性能不断的提高,当氢氧化镁含量达到50% 时,材料的燃烧性能可达到UL94 V - 0级。氢氧化镁在受热分解时释放大量的水,吸收了燃烧物表面的热量,产生的氧化镁附着于燃烧物的表面隔绝了空气,从而起到阻燃作用。由上述实验可知,氢氧化镁加入量为30% 时,氢氧化镁分解产生的水和隔绝空气的氧化镁远不足以阻止燃烧的进行; 当氢氧化镁添加量为40% 时,材料的阻燃性能接近V - 0级; 当氢氧化镁添加量为50% 时,材料的燃烧性能虽然达到UL94 V - 0级,但对材料的性能影响很大。为了提高材料的综合使用性能,本实验使用自制的无机矿物协效阻燃剂和40% 氢氧化镁复配做进一步研究。

2. 2 协效阻燃剂和氢氧化镁复配对尼龙 612 燃烧性能的影响

为了研究协效阻燃剂和氢氧化镁复配对尼龙612燃烧性能的影响,采用40% 氢氧化镁复配1. 0% ,3. 0% ,5. 0% 协效阻燃剂,测试材料燃烧性能。

不同组分协效阻燃剂复配40% 氢氧化镁对尼龙612燃烧性能的测试结果如表2。

从表2可知,当氢氧化镁的含量为40% 时,协效阻燃剂的加入对尼龙612的燃烧性能有明显改善,当添加量为1% 时,部分样条开始达到UL94 V - 0级阻燃性能,当添加量为3% 时,所有的5根样条都达到UL94 V - 0级要求,继续添加协效阻燃剂的含量,阻燃性能继续维持。由实验结果可知,加入协效阻燃剂可以降低氢氧化镁的添加量,提高阻燃效果。由上述实验得出,当HI -5V/FR801 =40% /3. 0%时,材料就可以达到UL94 V- 0级,继续添加FR801的含量,阻燃性能维持,由于考虑到FR801的价格相对较贵,因此实验确定的最佳配比为HI - 5V /FR801 = 40% /3. 0% 。大量无机物的填充,使得材料的力学性能受到影响,为了进一步提高材料的综合使用性能,我们选用陶氏化学的增韧剂GR216对材料的力学性能进行进一步分析。

2. 3 增韧剂对无卤阻燃尼龙 612 力学性能的影响

为了研究增韧剂对无卤阻燃尼龙612力学性能的影响,我们在HI - 5V/FR801 = 40% /3. 0% 的基础上,分别加入2% ,4% ,6% 的增韧剂,并制备样条测试材料的力学性能和阻燃性能。测试结果如表3。

备注: HI - 5V: 40% ; FR801: 3. 0% 。

加入大量的氢氧化镁的加入,使得无机物填充量的百分比大大增加,由于无机物本身的韧性较差,且两种介质的混合存在一定的相容性问题,使得尼龙612材料本身的韧性大大降低,加入增韧剂能改善材料的韧性[5]。但过多的增韧剂会影响材料的阻燃性能,因此实验确定了增韧剂为2% ,4% ,6% 三个添加水平,由表3可知,当增韧剂的添加量为2% 时,材料的缺口冲击强度偏低,韧性较差,进一步增加增韧剂的含量,当增韧剂加入量4% 时,材料的强度,韧性,阻燃性能均达到了预期的实验目的,进一步增加增韧剂的含量,材料的阻燃性能下降,不能满足UL94 V - 0级要求。因此本实验确定的增韧剂的最佳添加量为4% 。

3 结 论

( 1) 随着氢氧化镁含量的增加,尼龙612的阻燃性能不断提高,当氢氧化镁含量达到50% 时,材料的燃烧性能达到UL94 V - 0级。

( 2) 在协效阻燃剂的作用下,减少氢氧化镁的添加量就能达到UL94 V - 0级阻燃要求。

( 3) 通过加入增韧剂可以提高材料的韧性,使材料具有一定强度的同时保持柔韧性,提高材料的综合使用性能。

参考文献

[1]李晖,魏莉萍,王湘明,等.吸水率对尼龙66力学性能的影响研究[J].工程塑料应用,2008,36(8):64-67.

[2]吴博,庞承焕.吸水率对尼龙介电强度的影响研究[J].塑料工业,2010,38(6):44-46.

[3]刘爽,蒋敏,董华静,等.尼龙制件吸湿变形及预防措施研究[J].塑料科技,2007,35(4):54-56.

[4]彭治汉.尼龙工程塑料阻燃技术新进展[J].阻燃材料与技术,2003(4):1-4.

复合尼龙论文 第5篇

现在, 油田上采用的扶正器用材料多为尼龙-6, 经注塑成型后加装在管箍或卡在抽油杆上, 由于尼龙-6分子结构具有强极性的特点, 故吸水率大, 易引起强度及模量下降, 影响尺寸稳定性, 同时尼龙-6低温冲击强度低, 干态韧性不足, 抗蠕变性能亦有待提高, 使其耐热温度和耐磨性有限。进而有厂家采用玻璃纤维增加尼龙-6来增强其耐温性能, 但同时也增加了其脆性和摩擦系数, 加入量过大时, 成型困难。

国外为了解决此类问题, 常采用高性能聚氨脂类工程塑料加工制造扶正器, 但造价特别高, 加工工艺复杂, 产品易于出现缺陷。

碳纤维与玻璃纤维相比有许多优点, 它具有高比强度、高比模量、耐高温、摩擦系数低、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、热膨胀系数小等一系列优点。为了使扶正器具有更好的综合性能, 我们采用碳纤维和玻璃纤维复合增强技术对尼龙-6进行改性处理, 在充分利用混杂纤维的复合优势的基础上, 兼顾玻璃纤维的价格优势和碳纤维优良的耐磨性能。

本单位碳纤维增强树脂课题组在保证纤维与尼龙-6树脂充分混炼的前提下, 最大限度保持纤维长度, 充分发挥纤维的优异性能。利用该类型粒料生产的扶正器较纯碳纤维增强扶正器有更高的强度和更低的成本, 大大延长了油井的检修周期, 经济效益显著。

技术特点

碳纤维与玻璃纤维混杂增强尼龙-6基体, 实现了性能互补, 比传统的玻纤尼龙-6粒料具有更高的耐磨、耐腐蚀和力学性能, 并且耐温性能良好, 性能/价格比高。用户以该种粒料所加工的油田扶正器平均使用寿命比尼龙-6制件提高3至5倍, 经济效益显著。由于采用了独特的混炼技术, 生产效率高, 成本低, 产品性能稳定, 无环境污染。

市场预测

目前我国正在开采和尚未开采的油井数量大约有30万口, 若必须用扶正器的油井占总油井数的50%计算, 每口油井约需扶正器150个, 按每个平均使用寿命为1年, 则每年需要2250万个, 经济效益可观。另外, 本材料还可用作任何注塑成型的零件, 如煤矿风钻齿轮, 纺织配件, 无油滑动轴承等, 市场前景广阔。

单位:山东大学科技开发部

地址:山东济南山大南路27号

邮编:250100

复合尼龙论文 第6篇

然而大部分高分子材料自身是绝缘材料,相对于金属材料,具有表面电阻高的特点,在长期使用过程中,材料表面往往会积聚静电导致火灾。所以在很多应用场合,如煤矿,加油站以及印刷行业都需要材料具有抗静电甚至导电的特性,这样可以避免静电积聚,消除安全隐患。本文选用尼龙610 作为基体材料,分别选用导电炭黑,碳纳米管以及碳纤维作为抗静电剂,成功制备了抗静电尼龙610 复合材料,并对不同抗静电剂制备的材料的力学性能进行了比较。

1 实验

1. 1 实验原料

尼龙610(注塑级),山东东辰; 表面处理的多壁碳纳米管,中科院苏州纳米研究所; 超导炭黑(市售),捷克产; 碳纤维,美国ZOLTEK; 抗氧剂1010,巴斯夫; 抗氧剂168,巴斯夫;润滑剂和白油,市售。

1. 2 仪器和设备

CPM - TSE - 35 型双螺杆挤出机,南京瑞亚; CH - 50 型注塑机,台湾震雄; 表面电阻仪,泰克曼; 电子万能拉力机,美特斯工业系统(中国)有限公司; 摆锤式冲击试验机,美特斯工业系统(中国)有限公司。

1. 3 实验步骤

(1) 将尼龙610 分别同5wt% ,10wt% ,15wt% 导电炭黑用高速搅拌机搅拌均匀,在搅拌过程中加入白油起粘合作为,混合均匀后,通过双螺杆挤出机挤出、切粒,分别得到样品CB05,CB10 以及CB15;

(2) 同样将尼龙610 分别同1wt% ,3wt% ,5wt% 的多壁碳纳米管用高速搅拌机混合均匀,重复以上步骤,得到CNT01,CNT03 以及CNT05;

(3) 将尼龙610 同少量抗氧剂以及润滑剂搅拌均匀,从双螺杆挤出机的主喂料口加入,碳纤维从侧喂料口加入,控制比例分别为5wt% ,10wt% 以及15wt% ,分别得到样品CF05,CF10 以及CF15。

(4) 将以上制备的各个样品用注塑机制备标准试条测试表面电阻以及力学性能,同时测试纯的尼龙610 的材料的性能作为参考。材料的所有性能测试都是在干态下进行的。

1. 4 测试方式

(1)表面电阻:ASTM D257;

(2)拉伸强度:ISO 527;

(3) 断裂伸长率: ISO 527;

(4)简支架缺口冲击强度:ISO 527;

(5)外观:目测。

2 结果与讨论

2. 1 超导炭黑系列

参照IEC61340,当表面电阻在105~ 1011Ω 之间时,可以认为材料满足抗静电要求; 从表1 可以看出,只有当导电炭黑的加入量达到15wt% 时,采用导电炭黑作为抗静电剂的产品才能满足抗静电的要求。而在导电炭黑加入量为5wt% 时,表面电阻与纯的尼龙610 相比,几乎没有变化; 而在导电炭黑的加入量达到10wt% 时,表面电阻有一些降低,仍然无法满足抗静电的要求。

根据渗流阈值的理论[4],不同抗静电剂加入到高分子基材中,只有当其加入量达到其渗流阈值时,其表面电阻才会出现明显的下降; 也就是当导电介质在高分子材料中形成稳定的导电通路时,才会出现电阻的明显下降。而结合导电炭黑的实验结果可以看出,导电炭黑在高分子材料中易于团聚,难以分散,只有通过不断提高加入量才能使团聚的炭黑最终形成导电通路,达到抗静电效果。

2. 2 碳纳米管系列

从表2 可以看出,将表面处理过的碳纳米管加入到尼龙610 中,在碳纳米管加入量达到3wt% 时,表面电阻已经出现明显下降,达到了抗静电材料的上限值; 而随着碳纳米管的加入量进一步加大到5wt% 时,表面电阻进一步下降。这说明选择碳纳米管作为抗静电剂时,其渗流阈值明显低于超导炭黑。这是由碳纳米管的自身结构决定的。碳纳米管是一维的碳纳米材料,其径向尺寸是纳米级,而在长度方向上是微米级的,具有一定的长径比,相对于微米级球形的炭黑,更容易形成导电通路[5]。但是碳纳米管自身更容易团聚,所以选择良好表面处理的碳纳米管是尤为重要的。

2. 3 碳纤维系列

从表3 可以看出,碳纤维加入量5wt% 时,材料的表面电阻基本上没有什么变化,而在加入量进一步增加到10% 时,材料的表面电阻出现明显下降; 进一步增加碳纤维的含量至15wt% ,表面电阻降至107Ω 级别。碳纤维的直径是微米级[6],而长度方向上是毫米级别,其从形貌上看和碳纳米管有一定的相似处。但是其直径方向上巨大差别导致其达到同样导电效果的加入量有着明显的差别。

2. 4 不同抗静电剂的加入对力学性能的影响

考虑到力学性能对产品的实际应用也非常重要,本文进一步对不同抗静电剂达到抗静电效果时的力学性能也加以对比;同时,通过目视对比了产品的外观。

从表4 中可以看出,与纯的尼龙612 相比,选用导电炭黑作为抗静电剂时,在达到抗静电性能时,整个材料的力学性能下降幅度很大,特别是韧性很差,必须进一步加增韧剂调整后才具有实际应用价值; 而采用碳纳米管和采用碳纤维可以直接使用,使用碳纳米管作为导电介质,具有外观好,加入量低,与纯料的性能最有接近。而采用碳纤维作为抗静电剂的同时,它还具有增强效果,大大提高了材料的刚性,但是碳纤维也带来了产品表面浮纤和产品翘曲变形等问题。

3 结论

(1) 采用导电炭黑制备抗静电尼龙610,加入量大,只有加入量达到15wt% 时,才能达到抗静电效果,同时大量导电炭黑的加入,严重影响了材料的性能。必须通过进一步增韧才具有使用价值。

(2)采用碳纳米管作为抗静电剂时,加入量达到5wt% 时,表面电阻就能够达到抗静电效果,同时与纯的尼龙610 相比,整体力学性能差异较小。

(3)采用碳纤维作为抗静电剂时,加入量达到15wt% 时,可以满足抗静电要求;同时碳纤维加入对尼龙610 有明显的增强效果。但是,由于玻纤的加入导致产品表面有浮纤,同时也可能导致产品翘曲变形。

摘要：分别选用导电炭黑、碳纳米管以及碳纤维作为抗静电剂,使用双螺杆熔融挤出制备抗静电尼龙610复合材料。对比发现,要达到抗静电效果,碳纳米管的加入最少5 wt%的加入量就能够达到抗静电效果;而导电炭黑和碳纤维都要加到15wt%才能达到抗静电要求。同时,碳纳米管的加入对材料力学性能的影响最小;导电炭黑对材料性能损失最大,需要进一步增韧才有使用价值;而碳纤维具有增强效果,但是会导致产品外观有浮纤现象。

关键词：导电炭黑,碳纳米管,碳纤维,抗静电

参考文献

[1]张雄翎,陶华,张广来.吸水性对尼龙紧固件拉伸强度的影响[J].塑料工业,2006,34(1):47-49.

[2]唐伟家.BASF推出含可再生资源材料的尼龙610[J].现代塑料加工应用,2008(04):15.

[3]季栋,方正,欧阳平凯,等.生物基聚酰胺研究进展[J].生物加工过程,2013,11(2):73-80.

[4]杨瑞成,羊海棠,彭采宇,等.逾渗理论及聚合物脆韧转变逾渗模型[J].兰州理工大学学报,2005,31(1):26-31.

[5]朱雷,李仲谨,余丽丽,等.碳纳米管/聚合物复合材料研究进展[J].化工科技,2009,17(1):71-75.

复合尼龙论文 第7篇

常见的尼龙纳米复合材料制备方法有:溶胶-凝胶法、直接共混法、插层法、原位聚合法等[2,3,4,5,6],这些方法各具特点,在纳米塑料工业化生产中应用比较广泛。但由于产品开发需要准备大量的模具,而且用这些方法制备出来的纳米塑料中的无机纳米粒子分布不是很均匀,且工艺过程复杂。因此,采用简单实用的快速成型方法,对开发纳米塑料产品,甚至工业化生产不仅具有重要的理论意义,而且还具有很高的实用价值。

选区激光烧结(Selective laser sintering, SLS)技术是20世纪90年代发展起来的一项高新的快速成型技术[7]。它集成了现代数控技术、CAD/CAM技术、激光技术及新材料等领域的新成果,利用激光能量对可熔化的粉末材料进行叠层加工,从而得到三维实体,不受成形零件形状复杂程度的限制。在整个烧结过程中,每层的未烧结粉末自然成为下一层粉末和烧结体的支撑,没有造成粉末资源的浪费。与传统加工技术相比大大节约了资源和能源,是一种绿色的先进制造技术,有着广泛的应用,如F1赛车上的零部件以及航空标准件等[8,9];同时还大大缩短了研制周期,如福特公司选用SLS技术研制发动机缸盖,生产周期由传统加工方法的5~6个月降到4个工作日便得到第一个样件,给企业带来了大量的经济效益和丰厚的社会效益。

目前国内外从事SLS技术研究的单位有美国得克萨斯大学DMT公司、德国EOS公司、北京隆源公司、华中科技大学、中北大学、南京航空航天大学、南昌航空大学等。

1 选区激光烧结(SLS)原理及特点

SLS技术成型过程基于叠层原理,其主要设备由激光器及光路系统、加工腔、工作台、升降缸和铺粉装置等组成。首先建立待加工制品的CAD模型,并将其转化为STL格式,然后用分层软件将CAD模型进行切片处理,得到每一加工层面的数据信息。激光束在计算机控制下对零件截面轮廓内的粉末进行照射加热到接近完全熔化状态,随之冷却凝固为固体层。重复上述过程,一层又一层的粉末被铺设和烧结,直至最终形成所需的三维实体原型或零件,如图1所示。在整个烧结过程中,每层的未烧结粉末自然成为下一层粉末和烧结体的支撑。

与其它传统制造方法相比, SLS技术具有以下优点[10]: ①具有高度的柔性。在计算机的控制下可以方便迅速地制作出传统加工方法难以实现的复杂形状的制品,如具有复杂凹凸部分及中空的制品;②技术集成度高, 可实现设计制造一体化;③原材料选择广泛, 应用范围广, 适用于原型功能零件和模具的制造;④无需模具便可直接成形零件或近成形件, 加工周期短、成本低,这一特点使其特别适合于新产品的开发。

2 尼龙纳米复合材料选区激光烧结的国内外研究现状

尼龙材料是一种结晶态聚合物,具有固定的熔点、适当的分子量和较低的熔融粘度等优良的物理性能,而且还具有较高的强度。这些性能特点使得PA经选区激光烧结能直接制备出强度较高、形状复杂的功能性零件。最新研究表明,PA的SLS原型件强度可达到50~70 MPa,可直接作为结构件使用,甚至可以取代部分要求不高的金属零件,因此该材料成为国际上研究的热点之一[8]。

虽然尼龙材料具有推动SLS技术工程化应用的潜力,但其在SLS过程中存在着严重的成型收缩,导致烧结件翘曲变形,烧结难以继续进行。尼龙材料的SLS过程是通过熔化-结晶来完成的。当温度降到Tm(熔点)时尼龙开始结晶,从粘流态向高弹态和玻璃态转变,分子链的结构发生变化,导致体积收缩。结晶程度越高,收缩就越严重。因此,减小结晶收缩是改善PA粉末SLS成形性能的关键措施之一。已有研究表明,通过提高成型腔温度(高于结晶温度)来推迟或降低SLS过程中产生的结晶收缩[11]。Li Juan [12]研究发现多壁碳纳米管能使PA6在非等温结晶过程中增加形核率,同时有效地降低了结晶速率,以致结晶程度比纯PA6还低。Li Yongjin[13]发现聚偏二氟乙烯也可以影响PA11的结晶速度。由此可以推断,添加适当的有机填料能减小PA的结晶程度,降低结晶收缩,改善成型性能。

激光作用参数也是影响SLS成形件成型收缩的一个关键因素。如Gibson 等[14]研究发现激光功率、扫描速度等激光作用参数对成型收缩有着很大的影响,而且尼龙材料的收缩率远大于聚丙烯,并指出了不同粉末及其混合比对应着不同的最佳工艺参数。许超等[15]以PA1212为烧结材料,分析了烧结过程中激光与尼龙材料作用的物理过程,初步研究了预热温度、激光功率、扫描速度、扫描间距及铺粉参数等因素对尼龙材料烧结成型质量的影响。Caulfield[16]和Zarringhalam[11]也研究了激光工艺参数对选区激光烧结纯尼龙材料性能的影响,发现在适当的工艺参数下尼龙件的强度及拉伸性能较好。这为通过调整工艺参数和粉末特性来减小尼龙粉末的成型收缩指明了一条方向。

添加适当的无机填料是减小SLS成型件成型收缩的另一个有效的措施。如Childs[17]对尼龙粉末的激光烧结成型做了大量工作,他们采用实验和模拟2种方法研究了PA12及玻璃微珠填充PA11的激光烧结行为。Alida Mazzoli等[18]用氧化铝微粒改善尼龙粉末的SLS成形性能,取得了与DuraForm GF成型粉相当的成型性能。德国的EOS 公司就利用玻璃微珠来改善Glass-filled Fine Polyamide PA 3200GF尼龙粉末的成型性能[19],其是针对它们的SLS设备EOSINT-P系列开发的专用成型材料。PA 3200 GF的拉伸模量可达(3200±200)MPa,抗拉强度为(48±3)MPa,最大拉伸率为6%±3%,弯曲模量可达(2100±150)MPa,用它制造零件具有较高的精度、极好的表面质量和机械加工性能。

尼龙粉末除了成型性较差外,还存在着SLS制件韧性较差的问题。Hopkinson[20]指出PA12的SLS制件的杨氏模量和拉伸强度与注射成型等传统方法加工的制件相当,但韧性要低1个数量级。Bourell[21]认为可能是SLS制件内部存在着大量的气孔导致的。而添加的微粒级无机填料也可能使尼龙件的冲击韧度下降。如玻璃微珠是刚性的,不能在受力时变形,也不能终止裂纹或产生银纹以吸收冲击能,使尼龙材料的冲击韧度降低。因此,要使尼龙粉末发展成为SLS的一种有效的成型粉末,除了解决其成型收缩之外,还必需解决其SLS制件的韧性问题。以往研究常采用纤维来增韧尼龙注射成型件,但SLS所用的成型材料为粒径在100μm以下的粉末,不宜采用添加纤维来进行增韧。因此,采用无机纳米粒子增韧尼龙材料是一个有效的措施。如G. M. Kim等[22]用纳米氧化硅增韧PA12注件取得了较好的效果。虽然无机纳米粒子对聚合物材料有良好的增韧作用,但常规的混合方法不能使其得到纳米尺度上的分散,导致复合材料性能可能还不如添加微粒级填料的复合材料。同时,无机纳米粒子表面为亲水疏油性,而聚合物表面为亲油性,其表面存在着极性的差异,导致在纳米复合材料中无机纳米粒子与有机物基体间的界面相容性较差、粘结性不好,不能较好地起到增强增韧的效果。如Kim等[23,24]进行了Nylon6/clay-reinforced 纳米复合材料的烧结实验,并提出了利用选区激光烧结快速成型技术制备聚合物基纳米复合材料,难以获得致密的结构。但作者并未对无机纳米粒子进行改性,仅把无机纳米粒子与尼龙粉末进行了机械共混,从而造成了无机纳米粒子的团聚,影响了成型粉末对激光吸收的均匀性,而且作者也没有对无机纳米粒子对聚合物基纳米复合材料的选区激光烧结行为及其力学性能的影响进行研究。因此,研究无机纳米粒子改性方法对SLS制备尼龙基纳米复合零件的力学性能至关重要。

3 发展前景及存在的问题

目前,尼龙材料选区激光烧结主要集中在成型性等方面,表明了激光作用参数、预热温度及粉末本身的特性对尼龙材料选区激光烧结过程中成型收缩和翘曲变形的影响,丰富了人们对尼龙材料选区激光烧结难点之处的认识和了解,这对进一步研究尼龙纳米复合材料的选区激光烧结成形机理有着重要的指导作用。但在定性分析尼龙选区激光烧结成型过程中成型收缩和翘曲变形的组成及产生原因方面研究得不够深入和系统;对填料的改性机理、尼龙材料在烧结过程中组织结构的变化与传统加工方法的差异分析等方面研究较少。虽然国外尼龙材料的选区激光烧结成型性能较好,但要求与专用快速成型设备配套使用,设备与材料价格昂贵。如德国EOS用于尼龙粉烧结成型设备价格在200万元以上,每千克尼龙粉料售价为80美元左右,大大制约了该技术在国内的推广应用。而国产尼龙材料的强度和其他各项性能与国外同类材料相当,且价格很低,每千克只需人民币160元左右,性价比极高。此外,已有的国内外研究多数是针对纯尼龙材料的选区激光烧结成型性来开展的,对SLS制备尼龙基纳米复合功能零件的研究以及无机纳米粒子在选区激光烧结过程中的行为特征尚未见有任何实质性的报道。

4 结语

复合尼龙论文 第8篇

本研究通过添加聚苯硫醚,对MC尼龙进行力学改性,采用原位聚合的方法,以己内酰胺作为单体,按照铸型尼龙(MC)的浇铸方法制备了聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料;试验过程中通过超声分散、加热熔融、抽真空、聚合固化得到复合材料,研究了其弯曲性能和抗冲击性能及吸水性能。

1 实验部分

1.1 原料

聚苯硫醚微粉:四川德阳化工有限公司;己内酰胺(GB/T13254-20):中国石油化工股份有限公司;氢氧化钠:分析纯,天津市大茂化学试剂厂;三苯甲烷三异氰酸酯:常州恒邦化工有限公司。

1.2 主要仪器设备

数控超声波清洗器,KQ-300DE,昆山市超声仪器有限公司;数控磁力搅拌器,98-3型,郑州凯鹏实验仪器有限公司;电热鼓风干燥箱,101-2A,北京科伟永兴仪器有限公司;万能制样机,ZHY-W,河北省承德试验机厂;数显冲击试验机,XJU-22,承德惠普检测设备制造有限责任公司;电子拉伸试验机,AG-1250KN,岛津精密万能材料试验机厂。

1.3 材料制备过程

1.3.1 尼龙制备机理及工艺

己内酰胺可在水、酸、碱或其盐的引发下发生不同的聚合反应,MC尼龙的聚合从聚合机理上划分为:水解聚合、阳离子聚合、阴离子聚合、固相聚合。本方法采用阴离子开环聚合制备聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料,机理见图1,工艺流程见图2。

加入强碱形成内酰胺阴离子(副产物水在减压下排净)

1.3.2 聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料的合成

将一定比例的聚苯硫醚(0、0.05、0.15、0.25、0.35)g与己内酰胺(100、99.95、99.85、99.75、99.65)g混合装入三口烧瓶,在水温下超声处理后。转至油浴锅中,磁力搅拌,并抽真空。瓶内出现大量的气泡,后加入氢氧化钠,继续抽真空,瓶内再次出现大量气泡爆沸,之后停止真空泵。将混合液体移出油浴锅,向三口烧瓶中注入酰化剂后摇匀倒入模具中,放到保温烘箱中,之后取出冷却,脱模。

1.4 性能测试

冲击性能按GB/T 1843-2008 测试,弯曲性能按GB/T9341-2008测试,塑料吸水性GB/T 1034-2008测试。

2 结果与讨论

2.1 聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料冲击强度的影响

选取纯尼龙及聚苯硫醚不同添加量的改性复合材料的样条,对其进行冲击性能测试,结果如图3。

聚苯硫醚含量对复合材料冲击强度的影响如图3 所示。从图3可以看出:纯尼龙的冲击性能较差,聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料的冲击强度比纯尼龙的冲击性能增加较明显。而且聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料的冲击强度随着复合材料中聚苯硫醚用量的增加,其冲击强度也不断的增强,在聚苯硫醚的含量在0.25% 的时候复合材料的冲击强度达到了63.51kJm-2,即冲击强度达到最大;但随着聚苯硫醚添加量的增加,到0.35%的时候,复合材料的冲击强度反而呈现明显的降低。其原因可能是聚苯硫醚的添加量过高,导致聚苯硫醚在复合材料中的分散效果较差,使两种材料的界面不容易相融合,出现了严重的分层团聚现象,从而使复合材料的冲击强度降低。

2.2 聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料弯曲强度的影响

纯尼龙与复合材料中PPS不同含量对复合材料弯曲强度的影响如图4所示。

从图4可以看出:纯尼龙的弯曲强度明显比改性后复合材料的弯曲强度大,且随着聚苯硫醚含量的不断增加,复合材料的弯曲强度不断降低。其原因可能是聚苯硫醚的脆性大的缺点,且随着聚苯硫醚的添加量不断增加,影响所得尼龙的分子量,进一步增加所得材料的脆性,因而降低了弯曲强度。

2.3 聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料吸水性能测试

选取纯尼龙及聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料中PPS含量为0.05%、0.15%、0.25%、0.35%的样条,将试样放入50℃±2℃烘箱内干燥24h,然后在干燥器内冷却至室温,称量每个样品,精确至0.1mg。

将试样完全浸入盛有沸腾蒸馏水的容器中,浸泡30min后,从沸水中取出试样,然后放入室温的蒸馏水中冷却。取出后用清洁布或滤化擦去试样表面的水,再次称量每个试样,精确至0.1mg。

吸水率(%)=(吸水后重量-吸水前重量)100%/吸水前重量(1)

图5中表示的是对复合材料进行吸水性测试后按上述公式计算出吸水率,可以看出尼龙进行改性后其吸水性有明显改变。

从图5可以看出:MC尼龙基体中复合入聚苯硫醚后,所得改性MC尼龙复合材料的吸水性降低,在聚苯硫醚的含量为0.25%时,其吸水率降低到0.018%,复合材料的吸水性能达到最佳;主要原因是:纯的MC尼龙有较强的吸水性,MC尼龙基体中加入不吸水的惰性填料,在一定程度上限制了基体对水分子的吸收,复合材料的吸水性明显得到了改善。

然而,复合材料随着聚苯硫醚含量进一步增加吸水性能反而增加,在聚苯硫醚的含量为0.35%时,吸水性能开始出现增加,明显超过纯尼龙的吸水率,达到0.0475%。其主要原因是:此时聚苯硫醚微粉的添加量相对来说已经比较较多,所得复合材料中填料的分散性较差,复合材料开始出现分层,另外,较多聚苯硫醚微粉的存在限制了基体己内酰胺分子的聚合,导致残存在复合材料中的己内酰胺量增多,因此影响了吸水率。

3 结论

采用己内酰胺作为单体,根据阴离子开环聚合的机理,按照MC尼龙的制备方法制备了聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料。

(1)聚苯硫醚的加入使MC尼龙复合材料的冲击强度明显增高,在聚苯硫醚的含量为0.25%冲击强度最大。

(2)聚苯硫醚的加入使MC尼龙复合材料的弯曲强度降低。

(3)较低量聚苯硫醚的加入使MC尼龙复合材料的吸水性能明显降低,在聚苯硫醚的含量为0.25%时效果最明显。

摘要：采用己内酰胺作为单体,根据阴离子开环聚合的机理,按照铸型尼龙(MC)的制备方法制备了聚苯硫醚改性MC尼龙复合材料。分别考察了复合材料的弯曲性能和抗冲击性能及吸水性能。实验结果表明:聚苯硫醚在所制备MC尼龙复合材料中有较好的分散性,改善了其抗冲性能和吸水性能,但是其弯曲性能有所降低;在聚苯硫醚添加量在0.15%~0.25%时,复合材料抗冲性能最高,在0.25%时降低了其吸水性。