玻纤增强聚酰胺6／蒙脱土复合材料的制备及其力学性能研究

姜 勇，胡朝晖，丁燕怀

（湘潭大学土木工程与力学学院，湖南 湘潭411105）

0 前言

聚酰胺6具有优异的综合力学性能，在汽车、电子电器和工业机械等领域得到了广泛应用，但其在干态和低温下冲击强度偏低，吸水率大，影响其制品尺寸的稳定性和电性能，一定程度上限制了聚酰胺6的应用。自1987年日本丰田中央研究所［1］首次报道采用原位插层聚合法成功制备聚酰胺6／黏土纳米复合材料以来，有机／无机纳米复合材料已经成为材料科学的研究热点之一，聚酰胺6／蒙脱土纳米复合材料是最早出现也是最引人注目的聚合物基纳米复合材料［2－5］。

玻璃纤维具有原料易得、拉伸强度高、断裂伸长低、弹性模量高、防火、防霉、耐热、耐腐蚀和尺寸稳定性好等优点，是一种常用的性能优良的增强材料。

本文采用短切玻璃纤维作为增强相，将玻璃纤维与聚酰胺6／蒙脱土母粒直接混合后，通过双螺杆挤出机挤出成型，得到了玻璃纤维增强聚酰胺6／蒙脱土复合材料，并对其力学性能进行了研究。

1 实验部分

1．1 主要原料

聚酰胺6／蒙脱土切片，工业级，蒙脱土的含量为2%，中国石油化工股份有限公司巴陵分公司；

高强度短切玻璃纤维，HS4，直径4μm，长度分别为6、9、12mm，出厂时已做表面处理，可直接混合，南京玻璃纤维设计研究院。

1．2 主要设备及仪器

双螺杆挤出机，SHJ－30A，南京橡塑机械厂；

高速混合机，SHR－10A，张家港蓝鲸机械厂；

注塑机，HTB80B，海天公司广州分公司；

电子万能试验机，CSS－44020，机械工业部长春试验机研究所；

电热鼓风干燥箱，101A－2，上海实验仪器总厂。

1．3 样品制备

分别将一定量的玻璃纤维与聚酰胺6／蒙脱土切片经高速混合机混合均匀，然后倒入双螺杆挤出机的加料斗中，升温至230～250℃，将熔体挤出、拉条、水冷、切粒，干燥后即得到玻璃纤维含量分别为0、0．5%、1%、3%、5%和10%的聚酰胺6／蒙脱土／玻璃纤维复合材料（玻璃纤维长度分别为6、9、12mm共3组）。

1．4 性能测试与结构表征

将聚酰胺6／蒙脱土／玻璃纤维复合材料的粒料经80℃干燥24h后，再通过注塑机熔融后注射成标准性能测试样条；样条外形尺寸如图1所示，厚度为4mm；

按照 GB／T 1040—1992和 GB／T 1043—1993分别进行拉伸和冲击性能的测试，拉伸速率为5mm／min，冲击能为7．5J，U形缺口。

图1 试样外形尺寸（mm）Fig．1 Size of the samples（mm）

2 结果与讨论

2．1 玻璃纤维含量和长度对拉伸强度的影响

从表1和图2可以看出，随着玻璃纤维含量的增加，复合材料的拉伸强度相应增大。而在同一含量时，12mm玻璃纤维增强的复合材料的拉伸强度比6mm玻璃纤维增强的复合材料略高。当玻璃纤维含量为10%时，12mm玻璃纤维增强的复合材料的拉伸强度比聚酰胺6／蒙脱土复合材料提高了17．4%。

表1 聚酰胺6／蒙脱土／玻璃纤维复合材料的拉伸强度 MPaTab．1 Tensile strength of polyamide 6／montmorillonite／glass fiber composites MPa

图2 玻璃纤维含量和长度对聚酰胺6／蒙脱土／玻璃纤维复合材料拉伸强度的影响Fig．2 Effects of glass fiber contents and length on tensile strength of polyamide 6／montmorillonite／glass fiber composites

2．2 玻璃纤维含量和长度对冲击强度的影响

从表2和图3可以看出，随着玻璃纤维含量的增加，复合材料的冲击强度相应增大。而在同一含量时，12mm玻璃纤维增强的复合材料的冲击强度比6mm玻璃纤维增强的复合材料高。当玻璃纤维含量为10%时，12mm玻璃纤维增强的复合材料的拉伸强度比聚酰胺6／蒙脱土复合材料提高了84．1%。

表2 聚酰胺6／蒙脱土／玻璃纤维复合材料的冲击强度 kJ／m2Tab．2 Impact strength of polyamide 6／montmorillonite／glass fiber composites kJ／m2

3 结论

图3 玻璃纤维含量和长度对聚酰胺6／蒙脱土／玻璃纤维复合材料冲击强度的影响Fig．3 Effects of glass fiber contents and length on impact strength of polyamide 6／montmorillonite／glass fiber composites

（1）随着玻璃纤维含量的增加，聚酰胺6／蒙脱土／玻璃纤维复合材料的拉伸强度和冲击强度也相应增大；而在同一玻璃纤维含量时，随着玻璃纤维长度的增加，复合材料的拉伸强度和冲击强度也相应增大；

（2）当玻璃纤维含量为10%时，12mm玻璃纤维增强的复合材料的拉伸强度和冲击强度比聚酰胺6／蒙脱土复合材料分别提高了17．4%和84．1%。

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