GF改性PA6方案资料

1、玻璃纤维增强聚酰胺6 初步方案一、聚酰胺6/玻璃纤维1.1 PA6 的发展聚酰胺6（ Polyamide 6， PA6） ，又称尼龙6（ Nylon 6） ，由 -己内酰胺开环聚合制得，分子结构式为：OCH2 5 CHN尼龙6为半结晶性热塑性工程塑料，包括结晶性尼龙6部分与无定形尼龙6部分。结晶性尼龙6 部分含有两种稳定的晶型结构，为 型结晶与 型结晶。聚酰胺是最早工业化的合成纤维，由杜邦公司首先实现工业化生产，它的发明和发展推动了整个聚合物科学与工程的发展。PA6 是目前聚酰胺塑料中产量最大的品种之一，分子结构上以酰胺基（一 CONH 一 ）为重复单元。PA6因优异的综合性能和加工性能而显得

2、越来越重要，其消费量无论在我国还是在美国、欧洲和日本都逐年增加。PA6的生产主要集中在发达国家，大部分是大型石化和化工综合企业，如美国的DuPont， Ticona 公司，欧洲的BASF， DSM， ESM， Radicl塑料， Honeywell 公司，日本的字部兴产、东丽、三菱瓦斯化学公司等。PA6的消费市场主要集中于西欧、美国和日本。汽车零部件是PA6 工程塑料最大的消费市场， 而电子电气领域是PA6工程塑料的第二大市场。2010年世界各地区PA6工程塑料的用量将达到1033kt。目前国内PA6 生产能力及技术水平增长也很快，尤其是在汽车工业中，到2010年我国汽车工业对PA6工程塑料的

3、需求量将达到64.7 kt。面对工程塑料的大量使用，对PA6的需求在数量上和性能上提出了更高的要求。64.8 PA6 的性能：尼龙 （PA） 是一类综合性能优良的工程塑料，具有优良的耐磨性、自润滑性和耐热性，而且耐油性优良，力学强度高，易加工成型。但是PA 也存在吸水率高、热变形温度低和缺口冲击强度差等缺点。64.9 GF 的性能简介:玻璃纤维是性能优异的人造无机纤维材料，玻璃纤维的主要成分是SiO2 ，分为中碱和无碱两大类。玻璃纤维不仅具有耐高温、电绝缘、拉伸强度高、不燃、化学稳定性好等良好性能，且可以采用表面化学处理使玻璃纤维生须及表面有机被覆处理，提高基体树脂与纤维的界面粘结力，以扩宽其

4、应用范围。64.10 PA6 改性方法：物理改性：共混、填充；在基体中加入其它无机材料或有机材料，如塑料、玻纤、 橡胶、热塑性弹性体或有特殊功能的添加剂等，经过共混而制得的性能优异的PA6 改性材料。主要是增强、增韧改性。化学改性：接枝共聚等方式。通过化学反应使尼龙6 分子主链或侧链引入新的结构单元、聚合物链或功能基团，从而使性能都发生变化的方法。64.11 GF 改性后的PA6 性能：理论上 GF 含量为30时，力学性能显著提高、耐热性大幅度提高，成型收缩率变小、吸水率有一定的下降、耐蠕变和耐疲劳强度提高，但耐磨性下降。64.12 GF 改性PA6 存在的问题。由于玻纤(GF)增强PA复合材

5、料中GF 添加量高，且GF 表面亲水疏油，在有机高聚物中难以均匀地分散，故需对 GF 进行表面修饰以改善GF 与 PA6基体间的界面结合状态。如何提高PA6与 GF 界面的黏接强度是GF 增强PA6研究中的核心问题。目前国内外相关研究中,用硅烷偶联剂处理GF 表面 ,取得了不错的效果。但仅仅使用偶联剂无法解决复合材料内部缺陷率高、GF 分散性差、界面存在间隙等缺点。本实验采用KH550 偶联剂修饰GF，加人EAA 改性剂。通过熔融共混法制备了PA6/GF 复合材料。64.13 改性后PA6的用途玻纤增强PA6 在汽车、机械、电器、军工等领域有巨大的发展潜力，可用其制造汽车保险杠、发动机隔噪罩、

6、座椅骨架、车头灯、风扇、散热器格栅、仪表盘托架等。二、实验部分2.1 实验原料名称用量厂家PA6玻璃纤维(GF)无水乙醇硅烷偶联剂(KH550)乙烯丙烯酸共聚物(EAA)2.2 实验设备名称型号厂家双螺杆挤出机TE-35中国江苏(南京)科亚有 限公司注射机 真空干燥箱TA300台北大爱机械有限公司电子拉伸试验机WDW3020长春科新试验仪有限公 司摆锤冲击试验机JC-50承德精密试验机有限公示差扫描量热分析（DSC）扫描电镜（SEM）熔融指数仪平板硫化机XRL-400C司承德精密试验机有限公 司维卡软化点测定仪2.3 GF 表面处理纤维材料表面同树脂的结合状态，直接影响纤维增强复合材料的性能，

7、一般情形下， 纤维表面呈现亲水性；树脂表面呈现亲油性。为了更好的促进纤维树脂结合， 必须对纤维进行表面处理。纤维的表面处理，一方面可以提高纤维的亲油性，提高与树脂的相容性；另一方面，可以降低纤维的表面自由能，减少团聚倾向，改善纤维的浸润性、分散性。偶联剂用量的计算公式如下：用偶联剂KH550 对 GF 进行表面处理,将一定量的偶联剂KH550 溶于无水乙醇中配成2%的溶液，将GF 在上述溶液中浸渍1h 后，取出GF 并将其于110下平铺于真空干燥箱中干燥，3h 后取出改性GF 并研磨、 过筛， 即得 GF-KH550。2.4 复合材料试样的制备PA6、 EAA 置于80真空干燥箱中，恒温干燥1

8、2h。 固定 EAA 的用量为10%时，以不同的玻璃纤维含量20、25、30、35、40，分别与PA6 基体和抗氧剂混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融挤出（各段温区温度参数设定：225、230、230、225、220，模头温度220，螺杆转速50 r/min） 。进入特殊设计的浸渍口模，在口模内完成树脂对玻纤束的浸渍。料条经冷却，切粒制得长玻纤增强PA6 预浸料。粒料于80干燥箱中，恒温干燥12h 后，经注塑机注塑成型（各段温区温度参数设定：230、235、240、235） ，制备标准试样进行力学性能测试。2.5 流变试样制备试样置于平板硫化机上热压成直径为25 mm，厚度为2 mm 的圆片，平板

9、硫化机设置：温度为235，压力为15 MPa。项目标准拉伸强度GB1042-1992弯曲强度GB9341-2000肖氏硬度GB2411- 80缺口冲击强度GB1043-1993维卡软化点温度GB1633-20002.6 性能测试及表征2.6.1 拉伸-性能测试拉伸试验机上按照GB1042-1992标准进行拉伸性能测试。试样为 I 型的哑铃形试样，每组试样为5 个。操作温度：25；拉伸速度：5mm min。计算公式：t P/ bd式中： t为拉伸强度，单位为MPaP 为最大负荷，单位为Nb、 d 分别为样条的宽度和厚度，单位均为mm2.6.2 弯曲性能测试在试验机上按照GB9341-2000标准

10、进行弯曲性能测试。每组试样5 个。操作温度：25 ,拉伸速度：5m min。计算公式：f 3PL/2bd2式中： f 试样弯曲强度，公斤/cm2P 一试样所承受的弯曲负荷（即最大负荷值），公斤L 一试样跨度，cmb 一试样宽度，cmd 一试样厚度，cm2.6.3 肖氏硬度的测定本试验采用肖氏硬度计D，将规定形状的压针，在标准的弹簧压力下压入试样， 把压针压入试样的深度转换成硬度值来表示塑料的硬度。结果表征：读书刻盘上的读数即为所测定的肖氏硬度值，例如 H D 50表示用肖氏D 硬度计测得的硬度值为50。2.6.4 冲击性能测试采用简支梁冲击试验机，对试样施加冲击弯曲负荷，使试样破裂，用试样单位

11、截面积所消耗的功来测定材料的冲击韧性。式中：计算公式：KAK /bdK(Kg cm2 )AK 一缺口试样所消耗的功，Kg cmdK 一缺口处剩余厚度，cmb 一试样宽度，cm2.6.5 样品吸水率测定将样条放人70的蒸馏水中,恒温72h 后测量样条质量,然后在鼓风干燥箱里100干燥质量至恒定,干燥前后的质量差与干燥后质量的比值(%),即是样品的吸水率。WG G计算公式：W G2 G1Wp,c (G2 G1) 100/G1式中： Wp,c吸水率，G1 试样干燥处理后的重量，mgG2试样浸水后的重量，mg2.6.6 SEM 分析(取向)样品取自拉伸试验后试样的断面，干燥后断面喷金,在扫描电镜上进行

12、观察并拍照。2.6.7 DSC 分析(结晶度)在 N 2 气氛下，取约5-10 mg 试样，置于小坩埚中，以20 /min 升温至 260，恒温5 min 后，以 10 /min 降温至10，再以10 /min 升温到260。2.6.8 维卡软化点测定维卡软化点测试按GB/T1633 2000 的 A120 法测试，样条规格为10mm×10mm× 4mm，升温速率为120 /h，载荷为10 N。三、影响因素3.1 玻璃纤维直径的影响璃纤维越细，拉伸强度越大。一般选择的直径为l0 20um 左右，过细容易被螺杆剪切成长度过小的纤维没有长径比会大大减低玻纤的增强作用；过粗则影响

13、和基材的粘结性，会带来力学性能的损失。3.2 玻璃纤维长度的影响用于增强的玻纤有两种：短纤和长纤，理论上讲长纤的增强效果会好于短纤但也会带来一些其他的不利影响，如制品表面性能变差而且不易加工。一般会控制在0 2 0.8mm。表 2 长短玻纤增强PA6 的性能项目短玻纤增强PA6长玻纤增强PA6玻纤含量/3332.2拉伸强度/MPa136208.4弯曲强度/MPa189269.5弯曲弹性模量/GPa7.509.34缺口冲击强度kJ /m 21329冲击强度kJ / m 23863.43.3 玻纤品种对复合材料性能的影响在短玻纤增强PA6 中，玻纤品种对复合材料性能的影响较小，而在长玻纤增强 PA

14、6 中 ，这种影响却非常明显。表 3 高强玻纤与无碱普通玻纤增强PA6的性能项目普通玻纤高强玻纤玻纤含量/4032.2拉伸强度/MPa160.2208.4弯曲强度/MPa228.8269.5弯曲弹性模量/GPa10.829.34缺口冲击强度kJ /m 216.129冲击强度kJ / m 245.663.4注：玻纤长度均为10mm。3.4 玻璃纤维表面的处理一般情况下玻纤在生产过程中都会进行浸润处理浸润剂主要两种成分：偶联剂和成膜剂。但这种浸润剂含量在玻纤中较少在PA6 的混合挤出过程中，最好单独再添加偶联剂，主要是硅烷类化台物随着偶联剂用量的增加会显著提高材料的冲击强度。3.5 玻璃纤维含量随着玻纤含量的提高，材料力学性能会大大提高，但加工性能会变差很多热变形温度也会提高，但有个临界点，一般在30之前热变形温度提高显著，之后，对提高热变形温度影响不太。四、结果与讨论4.1 复合材料的拉伸断面的扫描电镜(SEM)分析4.2助剂的加入对PA6为 GF 复合材料的性能影响4.3湿热条件下水分子在复合材料内的扩散效应4.4热重 (TG)曲线分析五、 结论六、安全注意事项6.1 双螺杆挤出机注意事项：6.1.1 防止双螺杆挤出机出现长时间的空转。6.1.2 检查温控、加热、冷却、系统工