增韌劑對(duì)碳纖維增強(qiáng)尼龍改性材料性能的影響

姚利，秦增增，韓璐

(天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司，天津 300450）

隨著汽車小型化、輕量化的需求，工程塑料逐漸取代部分金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用，尼龍作為三大塑料之首，其改性產(chǎn)品在汽車行業(yè)中的應(yīng)用日趨擴(kuò)大。 尼龍作為結(jié)構(gòu)性材料，可以通過玻璃纖維和其它填料填充的方式， 增強(qiáng)改性，提高產(chǎn)品強(qiáng)度，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，碳纖維具有質(zhì)輕、拉伸強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特點(diǎn)，與玻璃纖維相比，模量高3～5 倍，因而是一種獲得高剛性和高強(qiáng)度尼龍材料的優(yōu)良增強(qiáng)材料[1，2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備

原料：PA6， 天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司生產(chǎn)；碳纖維，AMOS 公司生產(chǎn)；增韌劑沈陽科通公司生產(chǎn)；其他助劑。

設(shè)備： 南京歐立TE-35 同向雙螺桿擠出機(jī)；海天塑機(jī)SA600 注塑機(jī)；真空干燥箱；萬能試驗(yàn)機(jī)；缺口制樣機(jī)；簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)機(jī)等。

1.2 理論依據(jù)

本論文中選擇常見碳纖維作為增強(qiáng)填充物質(zhì)，在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量確定的情況下， 不改變?cè)鲰g劑添加量，改變?cè)鲰g劑種類， 查看產(chǎn)品性能變化， 從而選

出適合的增韌劑， 適用于增強(qiáng)改性尼龍材料的增韌劑最常見的為K 系增韌劑和N 系增韌劑， 根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)， 初步選定增韌劑添加量為10%， 考察不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響[3，4]。

1.3 實(shí)驗(yàn)配方（見表1，2）

表1 增韌劑種類對(duì)產(chǎn)品性能的影響配方

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1.4.1 造粒 利用35 試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)表1 中方案一、方案二、方案三和表2 中方案一、方案二、方案三、方案四、方案五、方案六、方案七進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打樣造粒，實(shí)驗(yàn)過程中要求工藝穩(wěn)定。 造粒前，應(yīng)對(duì)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行清洗，啟動(dòng)設(shè)備，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度，進(jìn)行預(yù)熱，溫度達(dá)到設(shè)定值后，用洗車料對(duì)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行清洗，同時(shí)對(duì)加熱區(qū)升溫情況、螺桿轉(zhuǎn)速及喂料量適宜條件、擠出樣條狀態(tài)、切粒機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢查，確定實(shí)驗(yàn)設(shè)備符合運(yùn)行條件，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打樣。

表2 增韌劑種類對(duì)產(chǎn)品性能的影響配方

1.4.2 注塑 根據(jù)需要， 造粒產(chǎn)品在做物理性能測(cè)試之前， 需在真空干燥箱中烘烤6h， 溫度105℃。 注塑時(shí)，每組產(chǎn)品注塑拉伸樣條10 根，沖擊樣條10 根，色板5 個(gè)。

采用海天塑機(jī)SA600 注塑機(jī)制備標(biāo)準(zhǔn)樣條，注塑條件如表3。

表3 用注塑機(jī)注塑條件

對(duì)注塑機(jī)制備的樣條進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法和國(guó)標(biāo)依據(jù)如表4。

表4 樣條的檢測(cè)方法和依據(jù)

2 結(jié)果與討論

2.1 增韌劑種類對(duì)產(chǎn)品性能的影響

在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量不變的情況下，改變?cè)鲰g劑的種類，即僅添加10%K系增韌劑或僅添加10%N 系增韌劑或K 系增韌劑和N 系增韌劑各添加5%， 查看產(chǎn)品力學(xué)性能的變化，增韌劑種類對(duì)產(chǎn)品性能的影響如表5、圖1～5 所示。

表5 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響

圖1 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度的影響

圖2 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品彎曲強(qiáng)度的影響

圖3 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度的影響

圖4 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品簡(jiǎn)支梁非缺口沖擊強(qiáng)度的影響

圖5 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品表面電阻率的影響

從表5 和圖1～5 中可以看出：在增韌劑添加量相同的情況下，不同種類的增韌劑，產(chǎn)品的密度相差不大，產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度、簡(jiǎn)支梁非缺口沖擊強(qiáng)度、表面電阻率均是單獨(dú)添加10%N 系增韌劑最好，添加5%N系增韌劑和5%K 系增韌劑復(fù)配次之，添加10%K系增韌劑最差，因此在增韌劑添加量為10%的情況下，選擇單獨(dú)添加N 系增韌劑，生產(chǎn)的產(chǎn)品力學(xué)性能和表面電阻率最好。

2.2 增韌劑添加量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

選擇常見碳纖維作為增強(qiáng)填充物質(zhì)， 在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量確定的情況下，增韌劑選擇N 系增韌劑，改變?cè)鲰g劑添加量，查看產(chǎn)品性能變化， 增韌劑添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%。 涉及到的成分按重量百分比計(jì)，包括以下成分：在切片，碳纖維、其他助劑種類及添加量不變的情況下，改變?cè)鲰g劑的種類，即僅添加10%K 系增韌劑或僅添加10%N 系增韌劑或K 系增韌劑和N 系增韌劑各添加5%，查看產(chǎn)品力學(xué)性能的變化，增韌劑種類對(duì)產(chǎn) 品性能的影響如表6、圖6～8 所示。

圖6 增韌劑不同添加量對(duì)產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度的影響

圖7 增韌劑不同添加量對(duì)產(chǎn)品沖擊強(qiáng)度的影響

圖8 增韌劑不同添加量對(duì)產(chǎn)品表面電阻率的影響

從表6 和圖6～8 中，可以看出：隨著增韌劑添加量的增加，產(chǎn)品的密度呈減小趨勢(shì)，產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度逐漸降低，產(chǎn)品的簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度和簡(jiǎn)支梁非缺口沖擊強(qiáng)度逐漸增加，產(chǎn)品表面電阻率整體呈降低趨勢(shì)，當(dāng)增韌劑添加量為2%時(shí)，產(chǎn)品表面電阻率最高，當(dāng)增韌劑添加量為10%時(shí)，產(chǎn)品表面電阻率最低。 本項(xiàng)目為碳纖增強(qiáng)尼龍改性材料，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度為首要考察指標(biāo)，當(dāng)增韌劑添加量為2%時(shí)，產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度最高，故而進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)時(shí)建議增韌劑添加量為2%。

表6 增韌劑不同添加量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

3 結(jié)論

經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)研究可知：增韌劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響較大，選擇單獨(dú)添加N 系增韌劑，生產(chǎn)的產(chǎn)品力學(xué)性能和表面電阻率最好，在增韌劑種類確定的情況下，增韌劑添加量為2%時(shí)，產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度最高。