成型滯留時間對高溫尼龍PA46顏色和力學性能影響

陶祝慶

(富士康科技集團，蘇州 昆山 215316)

引 言

高溫尼龍配色一直是一個技術難點，由于高溫尼龍材料本身特性，材料內部含有容易被空氣氧化的高分子基團，以及制造高溫尼龍廠商所添加的各種助劑[1]，在較高的成型溫度下容易被氧化。在高溫尼龍混合色粉成型產品過程中，需要經過射出成型機器的高溫料管，混合原料會滯留在料管中一段時間即滯留時間。如果滯留時間過長，將會導致高溫尼龍本身被氧化變色，給整體顏色帶來不可控制的因素，增加配色難度[2]，同時，也給材料本身的力學性能帶來影響。為避免給后續量產產品帶來困擾，本文比較了在一定的溫度下，不同滯留時間對高溫尼龍材料顏色和力學性能發生的變化的影響，總結出最優滯留時間范圍，對工程配色和成型生產人員具有很好的指導性。

1 實驗部分

1.1 主要原料

高溫尼龍PA46，規格HF 5145,荷蘭DSM公司，蘇州。

1.2 主要設備和儀器

色差分光儀，GretagMacbeth Color-Eye 7000A，美國愛色麗公司。

射出成型機器，SE100D，日本Sumitomo Heavy Industries.Ltd。

擺錘沖擊試驗機，INSTRON5567 ，英國英斯特朗有限公司。

電子萬能材料試驗機，HT-8041，臺灣弘達儀器。

1.3 樣品制備

由于PA46容易吸濕，設置高溫尼龍PA46干燥溫度100 ℃，干燥時間5 h。原料充分干燥后，取出原料冷卻，待常溫后，使用加厚密封袋子扎緊。設置射出成型機器溫度和成型參數，下料口溫度50 ℃，1段溫度290 ℃，2段溫度300 ℃，4段溫度310 ℃，5段溫度320 ℃，螺桿轉速110 r/min，模具溫度120 ℃。待成型參數達到設置參數后，分別取10組各500 g原料，使用秒表計時器限定原料熔融后滯留在料筒中的時間，時間設置為0～1、1、2、3、4、5、6、7、8、9 min，然后射出成型得到10組啞鈴試片和長條試片以便測試用。

2 結果與討論

2.1 不同滯留時間對高溫尼龍PA46顏色的影響

樣品試片色差測試表征可以使用色差分光儀中的L*、a*、b*和DE*這4個參數來區分，L*、a*和b*數值都有正向和負向之分，L*值正向越大，說明顏色越偏亮，L*值負向越大，說明顏色越偏暗; a*值正向越大，說明顏色越偏紅，a*負向越大，說明顏色越偏綠; b*正向越大，說明顏色越偏藍，b*負向越大，說明顏色越偏黃。DE*不存在負數值，DE*越大表示兩個樣品在顏色上的差異越大。

由第34頁表1可以看出，選擇滯留時間為1 min之內的高溫尼龍PA46作為標準樣，時間設置為0～1、1、2、3、4、5、6、7、8、9 min所做樣條為比較樣，并測試其L*、a*和b*值。隨著滯留時間增的加，1 min～9 min試片條的L*和a*值變化不明顯，而b*值大幅度增加，表明顏色越來越黃。這也是影響色差DE*變化的主要因素。說明一定的高溫條件下，隨著滯留時間的增加，高溫尼龍PA46本身的高分子酰胺基團被氧氣逐漸氧化，發生黃變。滯留時間為2 min時上，色差DE*已經達到2.5。對高溫尼龍顏色色差要求一般是≤3。所以，滯留時間必須控制在3 min之內。

表1 10種試片條所測試的L*、a*、 b*及DE*

2.2 不同滯留時間對高溫尼龍PA46力學性能影響

由表2可以看出，隨著滯留時間增加，高溫尼龍抗拉強度、抗折強度、抗折模數，沖擊強度逐漸降低。這是由于，PA46是通過已二酸和1，4-二氨基丁烷發生縮聚作用而合成的脂肪族聚酰胺。在PA46聚酰胺分子的每一邊有4個甲基，這樣使得每一給定鏈長上的聚酰胺數目更多。聚酰胺基團作為還原性基團容易在高溫下被氧氣所氧化。隨著滯留時間增加，高溫尼龍的酰胺基團被氧氣逐漸氧化，材質發生變質，導致材質力學性能逐漸降低，最終產品力學性能降低，產品發脆，不良率升高。從抗拉強度可以看出，5 min材料的強度已經下降，接近100 kgf/cm2,抗折強度在4 min～5 min之間保持一個穩定數值，時間再繼續延長，材料的力學性能已經不符合連接器常規設計經驗，所以，滯留時間最好控制在5 min之內。

表2 10種試片條所測試的力學性能數據

3 結論

1) 隨著滯留時間的增加，高溫尼龍PA46高分子酰胺基團在高溫料管中，被氧氣逐漸氧化，顏色逐漸變黃，色差越來越明顯，當滯留時間在3 min時，體系色差達到3.1，超過一般顏色色差管控制在3之內要求。

2) 隨著滯留時間的增加，高溫尼龍PA46的各項力學性能逐漸下降，5 min之外材料的強度下降到連接器材料力學強度允許范圍之外，抗折強度在4 min～5 min之間保持一個穩定數值。綜合顏色和材料力學性能雙重考慮，成型滯留時間應該控制在3 min之內。

參考文獻：

[1] 吳立峰.塑料著色和色母粒實用手冊[M].北京:化學工業出版社,1998.

[2] 吳立峰.塑料著色和配方設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2009.