尼龙增强材料及PA6_ABS尺寸稳定性和吸水性的改善_于云安.pdf

塑料工业 第 卷第 期 年 月树脂改性与 合 金尼龙增强材料及 尺寸稳定性和吸水性的改善于云安，武红元，严雯莉（上海金山锦湖日丽塑料有限公司，上海；上海锦湖日丽塑料有限公司，上海）摘要：通过熔融挤出制备不同玻璃纤维（）含量的增强尼龙 （）和，随着 含量的提升，吸水尺寸稳定性逐步提升，和 吸水后简支梁缺口冲击强度有明显提升，弯曲强度和弯曲模量降低最显著，如 在 水中经 浸泡，材料的吸水率达.，简支梁缺口冲击强度提升，弯曲强度和模量分别降低约 和。滑石粉（）、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（）以及 在 中对材料吸水率影响接近，随着填充物含量提高，吸水率呈近线性趋势降低，并且 比 对 吸水后的尺寸稳定性改善更优。在 中分别添加 的聚丙烯（）和聚对苯二甲酸丁二酯（），结果显示 对 的吸水率和尺寸稳定性的改善更优，与 相比，的吸水率从 降低至，吸水后垂直流动方向和平行流动方向的尺寸变化率分别从.和.降低到.和.。关键词：吸水性；尺寸稳定性；尼龙；玻璃纤维中图分类号：.文献标识码：文章编号：（）：.开放科学（资源服务）标识码（）：，（.，.，；.，.，）：（）（），.，（），（）（），.，：；尼龙是工程塑料中开发较早，产量较大的品种之一。与其他工程塑料相比，尼龙的强度高、耐磨、自润滑性好，其产量居五大工程塑料之首，目前广泛应用于机械、化工、仪表等领域。但是由于尼龙分子中的酰胺基团（）是亲水基团，使尼龙具有很强的吸水性，并且酰胺基密度越大，其吸水率越高。通常尼龙材料吸水后材料的强度明显降低，介电强度下降，从而降低制品的使用安全性和使用寿命。针对尼龙本身存在的这些缺陷和问题，通过尼龙与其他高分子材料共混，如与聚丙烯（）、聚乙烯（）、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（）、聚作者简介：于云安，男，年生，硕士研究生，中级工程师，主要从事塑料共混改性研究。.第 卷第 期于云安，等：尼龙增强材料及 尺寸稳定性和吸水性的改善苯醚（）等塑料共混是一种较为常见的改性手段，尼龙的共混改性可以有效地利用共混材料的优势，实现材料的综合性能、尺寸稳定性、吸水性的改善。例如许宁等通过在 中引入聚对苯二甲酸.丙二醇酯（）显著地降低了材料的吸水性，当添加 的 时，复合材料的吸水率由原先的 的.的吸水率降低到.。另外，张英伟等研究通过在聚酰胺链段中引入二氨基二环己基甲烷，降低了主链上的酰胺基含量，从而实现了共聚聚酰胺树脂的低吸水率。孙莉等通过在 中以 （）为相容剂并引入 以改善 的耐水性和耐磨性。除了与其他高分子材料共混改善其吸水性，尼龙还可以通过无机填料改善其吸水率和尺寸稳定性，例如刘心韵等通过使用硬脂酸钙改性蒙脱土制备的 较 原料的吸水率显著降低。黄虹文等利用氧化镧填充浇铸尼龙制备复合材料，改善了尼龙的吸水率和尺寸稳定性。张适龄等对比了连续玻璃纤维和长玻璃纤维两种纤维对尼龙 的物性以及吸水性的影响。蒋思远等介绍了近年来国内外对尼龙吸水改性研究的现状及进展，并介绍了 种尼龙吸水改性机理。本文主要对比了不同玻璃纤维含量对 和 增强材料的吸水性、尺寸以及物性的影响，进一步地在 中对比了 和滑石粉对 的吸水率和尺寸稳定性的影响，并通过在 中引入 和 尝试改善 的吸水率，最终实现 的吸水性和尺寸稳定性的极大改善。实验部分.主要原料：，相对黏度.，密度为.，日 本 东 丽 公 司；：，相 对 黏 度.，中 国 神 马 集 团 有 限 责 任 公 司；：，本体，胶粉质量分数为.，高桥石化；玻璃纤维：，直径 ，短切玻璃纤维 长 度 ，巨 石 集 团；滑 石 粉：，目，韩国天合化工；：，均聚，熔体质 量 流 动 速 率（.）为 ，弯 曲 模 量 ，台 塑 集 团；：，黏度.，中石化仪征化纤；聚烯烃弹性体（）接枝马来酸酐：，马来酸酐的质量分数为.，日之升精细化工；丙烯腈苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸相容剂（）：，日本；胶粉：，胶粉的质量分数为，韩国锦湖。.仪器与设备双螺杆挤出机：，南京科亚塑料机械；注塑机：，震雄机械；电子天平：，花潮高科；电子万能材料试验机：，美国 公司；简支架冲击试验机：，承德试验机；电子数显卡尺：，广路数字测控。.试样制备及性能评估.试样制备根据实际应用进行实验设计及比较方案，具体方案如下：表 和 玻璃纤维增强体系）单位：质量分数，组分尼龙（）尼龙（）尼龙（）尼龙（）尼龙（）或 玻璃纤维（）其他助剂注：）其他助剂为抗氧剂和润滑剂，其中抗氧剂 润滑剂质量比为 。表 滑石粉增强体系 单位：质量分数，组分滑石粉（）滑石粉（）滑石粉（）滑石粉（）滑石粉（）滑石粉其他助剂表 合金体系 单位：质量分数，组分（）（）（）（）（）助剂以上四个体系对应的配方如表、表、表 和表，按照四个体系对应的配方称取各组分并充分搅匀，将得到的混合物通过双螺杆挤出机主喂料口进入并熔融挤出后，经过冷却、干燥、切粒，再将造粒后塑 料 工 业 年 的料在 条件下干燥，然后由注塑机制备物性测试样条以及 的样条或 的收缩率板（模温 ，下同），分别用于物性测试和吸水及尺寸稳定性测试，玻纤增强及合金系列的 段的挤出温度分别为、，玻纤增强系列的 段的挤出温度分别为、，主机转速均为 。表 和 合金体系 单位：质量分数，组分 胶粉助剂.性能评价.吸水率测试吸水性参考 标准评价材料的吸水率测试方法，并且测试中每种样品的测试结果均为 个样品的平均值。浸水条件分为：）常温（），样条完全浸入水中浸泡 ；）热水，样板完全浸入热水中浸泡。样品制备后，测试前在，湿度下存放，其中.部分 合金吸水率改善体系（如表）使用的浸水条件为条件），其他体系浸水条件均为条件）。.尺寸变化率和物性测试将注塑后的样条放置在 ，湿度条件下 后再对样条分别进行吸水前的物性和尺寸测试，其中吸水后的样条在进行物性和尺寸测试前需用滤纸擦干表面水分，并在 ，的湿度条件下放置 后再进行。尺寸变化率（）（）式中，时间样品的尺寸；浸水前样品的尺寸。吸水前后的物性测试中热变形测试选用长、宽、厚分别为 、的尺寸样条，按照：（）测试标准，升温速率为 ，压力为.；拉伸测试选用 尺寸的样条，按照 ：（）测试标准，拉伸速率为 ；弯曲测试选用 尺寸的样条，按照 ：（）测试标准，测试速率为 ；简支梁缺口冲击选用 尺寸的样条，按照：（）测试标准，选用 的能量块进行缺口冲击测试。结果与讨论.和 增强体系图 为不同玻璃纤维含量的 和 在浸水条件）下的吸水率，随着玻璃纤维含量的提高，和 玻璃纤维增强材料的吸水率逐渐降低，其中 体系的吸水率从.降低到.，体系的吸水率从.降低到.。可以发现玻璃纤维增强 的吸水率明显高于玻璃纤维增强，并且 和 的吸水率随着玻璃纤维含量的提高几乎均呈线性降低的趋势，这是常规玻璃纤维未能实现与尼龙强相互作用，无法提供尼龙吸水过程中的极性屏蔽和结晶屏蔽作用，因此添加玻璃纤维吸水率降低的主要原因是材料中尼龙的占比降低，导致材料的整体吸水率降低。图 不同 质量分数的 和 的吸水率 因为 的吸水速率更高，因此未填充的 的尺寸稳定性明显好于，如图 和图。玻璃纤维填充的 吸水前后的尺寸稳定性明显好于未增强的，这主要是因为玻璃纤维在流动方向取向，在流动方向上玻璃纤维在材料中起到了骨架支撑作用，并且随着玻璃纤维含量的提升，材料在吸水前后的尺寸稳定性逐渐提升，当玻璃纤维质量分数从 增加到 时，沿着长、宽、厚三个方向的尺寸变化率从.、.和.分别降低至、.和.。相比之下，玻璃纤维增强体系随着玻璃纤维含量的提高，材料吸水前后的尺寸稳定性并无明显改善，并且材料吸水后在长宽厚三个方向上的变化无明显规律，这可能与 本身吸水率第 卷第 期于云安，等：尼龙增强材料及 尺寸稳定性和吸水性的改善偏低，玻璃纤维在 基体中的分散不均以及玻璃纤维在 中的浸润不足有关。图 不同 质量分数的 增强材料吸水后的尺寸变化率 图 不同 质量分数的 增强材料吸水后的尺寸变化率 图 和图 分别为玻璃纤维增强 和 在吸水前后的机械性能变化率，不同 质量分数的 和 增强材料在吸水后的缺口冲击强度均有不同程度的提升，并且 和 增强材料均在 的添加量时呈现吸水后的冲击性能提升最大，但是除了冲击和断裂伸长率，其他大部分的性能均有所降低，其中弯曲强度和模量的降低最显著，其中 在吸水后的弯曲强度和弯曲模量分别降低约 和。随着玻璃纤维含量的提升，吸水后的 的弯曲性能的降低率在显著改善，相比之下 在吸水后的弯曲性能的降低程度并未随着玻纤含量的提升而有显著变化。体系吸水后的物性变化明显小于 体系，这主要是因为尼龙 的吸水率明显低于。另外，未增强体系，其吸水后的断裂伸长率的提升较为显著，这主要是由于在没有添加玻璃纤维的体系中，的吸水速率最快，并且水分在 中起到了显著的增塑作用，从而提高了其断裂伸长率。图 不同 质量分数的 增强材料吸水后性能变化率 图 不同 质量分数的 增强材料吸水后性能变化率 图 不同 质量分数的 增强材料的吸水率和吸水后尺寸变化率 图 为不同滑石粉添加量下的 的吸水率和吸水后样品在长、宽、厚三个方向上的尺寸变化。从图中可以看出，随着滑石粉的加入，的吸水率逐渐降低，对比图 可以发现 的吸水率与相同含量的 的吸水率几乎一致，并且均随着填料的加入，吸水率呈近似线性降低的趋势，说塑 料 工 业 年 明滑石粉的加入与普通玻璃纤维类似，无法提供尼龙吸水过程中的屏蔽作用，仅仅因为材料中尼龙的占比降低，导致材料的整体吸水率降低。并且随着滑石粉的加入，体系的尺寸稳定性几乎没有改善，宽度方向上的尺寸稳定性变的稍差一些，进一步说明滑石粉与尼龙的相互作用不足，无法显著改善尼龙本身的吸水性和尺寸稳定性。.体系吸水率和尺寸稳定改善图 为不同比例的 对 的吸收率的影响，与滑石粉相比，随着 的加入，材料的吸水率同样与填充物的含量增加呈近似线性降低的趋势，说明在吸水性方面，无论是滑石粉还是，均未形成较为有效的吸水屏蔽效果，材料吸水率的降低还是主要通过尼龙含量的减少来实现的。然而随着 含量的逐渐提升，材料吸水后在长度和宽度以及厚度方向上的尺寸变化率比滑石粉增强 体系有显著降低，说明 的加入不仅使得 在材料中的绝对占比降低，而且 与 存在一定程度的分子链缠结，从而使得材料的尺寸稳定性有明显改善。图 不同 质量分数的 材料的吸水率和吸水后尺寸变化率 为了进一步提升 的尺寸稳定性，在 合金体系的基础上制备 和 合金，并研究了合金样板在试验）条件下的吸水率和吸水前后的尺寸和物性变化率，如图 和图。当加入质量分数的 或 时，合金的吸水率有明显改善，其中 的改善幅度更大，合金的吸水率从 降低至，并且样板在吸水后垂直流动方向和平行流动方向的变化率分别从.和.降低到.和.，这可能是由于一方面 的憎水性更强，另一方面，相比 体系，和 在 体系中起到了更好的界面相容作用，使得 在 体系中的分散和分布更加均匀，并增强了 与 基体的相互作用，最终实现憎水的 在 中可以起到更加有效的吸水屏蔽效果。从图 中可以看出，随着 和 的加入，合金的吸水率明显降低，合金在吸水后的物性降低亦有明显改善，并且材料吸水后的缺口冲击强度的提升率并未相应降低。图 合金吸水率和尺寸变化率 图 合金吸水后的物性变化率 图 合金物性 第 卷第 期于云安，等：尼龙增强材料及 尺寸稳定性和吸水性的改善图 为 或 对合金物性的影响，添加的 合金物性与添加 的 合金物性接近，与 相比，或 合金的缺口冲击有明显降低，并且随着 含量进一步提升到 时，合金材料的拉伸强度、热变形温度和弯曲性能也开始明显降低。结论）玻璃纤维增强 或 的吸水率几乎随玻璃纤维含量的增加呈线性降低趋势，并且相比纯，玻璃纤维增强 在吸水前后的尺寸稳定性有显著改善，而玻璃纤维及其含量对 吸水后的尺寸稳定性的影响却相对较小。玻璃纤维增强 或 吸水后材料的弯曲强度和模量降低率最大，冲击有明显提升，尤其是质量分数 玻璃纤维填充体系。）滑石粉对 吸水率的影响与玻璃纤维几乎一致，但滑石粉增强 吸水前后的尺寸稳定性明显不如同样重量百分比的玻璃纤维增强。）的吸水率随 含量的增加同样呈现近似线性降低的趋势，并且与滑石粉相比，对 吸水前后的尺寸稳定性改善更佳。）在 合金体系中，对比了 和 对合金的吸水率和尺寸稳定性以及物性的影响，发现随着 或 的加入，材料的冲击性能有明显降低，其他性能略有降低，并且与 相比，对 的吸水率和尺寸稳定性改善更明显，并且吸水后的物性保持更好。参 考 文 献 李晖，魏莉萍，王湘明，等 吸水率对尼龙 力学性能的影响研究 工程塑料应用，（）：，（）：吴博，庞承焕吸水率对尼龙 介电强度的影响研究 塑料工业，（）：，（）：宁冲冲，崔益华，吴银财，等 降低尼龙制品吸水率的研究进展 塑料科技，（）：，（）：朱本玮，朱华，吕桂英，等 环境湿度对尼龙 性能的影响及其时间效应 现代塑料加工应用，（）：，（）：许宁，徐兴亮，马勤清，等 与 共混制备低吸水率尼龙复合材料 盐 科 学 与 化 工，（）：，（）：张英伟，葛冬冬，李声耀，等 低吸水共聚聚酰胺树脂的制备及性能表征 塑料工业，（）：，（）：孙莉，钟明强，徐斌 复合材料吸水性及摩擦磨损性能研究 材料工程，（）：，（）：刘心韵，吴会敏，付海，等 改性剂对 尼龙 复合材料力学及吸水性能的影响 塑料工业，（）：，（）：黄虹文，刘长维，韦加崇 原位聚合 尼龙复合材料的制备与性能 塑料，（）：，（）：张适龄，张英伟，张贻舟，等 连续玻纤 长玻纤增强尼龙 复合材料的耐水性能 工程塑料应用，（）：，（）：（下转第 页）塑 料 工 业 年 解决问题的能力。）该注塑模具使用推板、司筒、摇摆直顶与顶杆等进行二次顶出，是解决深筋产品顶出困难的一个成功案例，对类似注塑件产品的模具结构颇具借鉴作用。经生产实践验证，该底座注塑模具结构设计合理，具有推板的二次顶出机构动作平稳可靠，所生产底座塑料制品能完全满足整机装配使用要求，创造了良好的经济效益。参 考 文 献 蔡厚道，王训杰，黄雪梅 基于 的车载导航面板注塑模具设计 塑料工业，（）：，（）：张华龙，张二红，苏海洋，等 八次复合抽芯的进气歧管盖注塑模具设计 塑料工业，（）：，（）：任建平，蒋晶，褚建忠，等 型腔气体反压智能注射马桶盖模具创新设计 塑料工业，（）：，（）：张加锋，熊建武，龙华，等 空调挂机中梁模具结构优化设计 工程塑料应用，（）：，（）：肖露云，张建卿 咖啡壶盖两次抽芯脱模机构及其注塑模具设计 工程塑料应用，（）：，（）：赵安民 基于 的录音机外壳注塑成型优化设计 塑料科技，（）：，（）：沈亮涵，张少飞某冰箱抽屉圆弧抽芯结构设计 模具工业，（）：，（）：，黄宇刚，赵素华 浇口尺寸对注射成型影响的模拟研究 模具制造，（）：，（）：魏清兰，林明山 基于 技术的笔记本外壳体注塑浇口优化设计 长春师范大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：叶志殷 注塑模具设计过程中浇口尺寸对塑料制品力学性能的影响 中国塑料，（）：，（）：（本文于 收到）（上接第 页），（）：刘梦怡 年全国化工事故分析报告 发布全力遏制化工事故 五大防范对策出台 消防界，（）：，（）：（本文于 收到）（上接第 页）蒋思源，刘玉飞，何敏，等 脂肪族尼龙抗吸水性及其机理的研究进展 上海塑料，（）：，（）：（本文于 收到）