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增韧剂对碳纤维增强尼龙改性材料性能的影响

2022-06-20姚利秦增增韩璐

天津化工 2022年3期
关键词:增韧剂样条种类

姚利,秦增增,韩璐

(天津长芦海晶集团有限公司,天津 300450)

随着汽车小型化、轻量化的需求,工程塑料逐渐取代部分金属材料在汽车零部件中的应用,尼龙作为三大塑料之首,其改性产品在汽车行业中的应用日趋扩大。 尼龙作为结构性材料,可以通过玻璃纤维和其它填料填充的方式, 增强改性,提高产品强度,扩大应用范围,碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特点,与玻璃纤维相比,模量高3~5 倍,因而是一种获得高刚性和高强度尼龙材料的优良增强材料[1,2]。

1 实验部分

1.1 实验原料与设备

原料:PA6, 天津长芦海晶集团有限公司生产;碳纤维,AMOS 公司生产;增韧剂沈阳科通公司生产;其他助剂。

设备: 南京欧立TE-35 同向双螺杆挤出机;海天塑机SA600 注塑机;真空干燥箱;万能试验机;缺口制样机;简支梁试验机等。

1.2 理论依据

本论文中选择常见碳纤维作为增强填充物质,在切片、碳纤维、其他助剂种类及添加量确定的情况下, 不改变增韧剂添加量,改变增韧剂种类, 查看产品性能变化, 从而选

出适合的增韧剂, 适用于增强改性尼龙材料的增韧剂最常见的为K 系增韧剂和N 系增韧剂, 根据以往实验经验, 初步选定增韧剂添加量为10%, 考察不同增韧剂对产品性能的影响[3,4]。

1.3 实验配方(见表1,2)

表1 增韧剂种类对产品性能的影响配方

1.4 实验步骤

1.4.1 造粒 利用35 试验机分别对表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、方案七进行实验打样造粒,实验过程中要求工艺稳定。 造粒前,应对双螺杆挤出机进行清洗,启动设备,设定实验温度,进行预热,温度达到设定值后,用洗车料对双螺杆挤出机进行清洗,同时对加热区升温情况、螺杆转速及喂料量适宜条件、挤出样条状态、切粒机状态进行检查,确定实验设备符合运行条件,方可进行实验打样。

表2 增韧剂种类对产品性能的影响配方

1.4.2 注塑 根据需要, 造粒产品在做物理性能测试之前, 需在真空干燥箱中烘烤6h, 温度105℃。 注塑时,每组产品注塑拉伸样条10 根,冲击样条10 根,色板5 个。

采用海天塑机SA600 注塑机制备标准样条,注塑条件如表3。

表3 用注塑机注塑条件

对注塑机制备的样条进行检测,检测方法和国标依据如表4。

表4 样条的检测方法和依据

2 结果与讨论

2.1 增韧剂种类对产品性能的影响

在切片、碳纤维、其他助剂种类及添加量不变的情况下,改变增韧剂的种类,即仅添加10%K系增韧剂或仅添加10%N 系增韧剂或K 系增韧剂和N 系增韧剂各添加5%, 查看产品力学性能的变化,增韧剂种类对产品性能的影响如表5、图1~5 所示。

表5 不同增韧剂对产品性能的影响

图1 不同增韧剂对产品拉伸强度的影响

图2 不同增韧剂对产品弯曲强度的影响

图3 不同增韧剂对产品简支梁缺口冲击强度的影响

图4 不同增韧剂对产品简支梁非缺口冲击强度的影响

图5 不同增韧剂对产品表面电阻率的影响

从表5 和图1~5 中可以看出:在增韧剂添加量相同的情况下,不同种类的增韧剂,产品的密度相差不大,产品拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度、简支梁非缺口冲击强度、表面电阻率均是单独添加10%N 系增韧剂最好,添加5%N系增韧剂和5%K 系增韧剂复配次之,添加10%K系增韧剂最差,因此在增韧剂添加量为10%的情况下,选择单独添加N 系增韧剂,生产的产品力学性能和表面电阻率最好。

2.2 增韧剂添加量对产品性能的影响

选择常见碳纤维作为增强填充物质, 在切片、碳纤维、其他助剂种类及添加量确定的情况下,增韧剂选择N 系增韧剂,改变增韧剂添加量,查看产品性能变化, 增韧剂添加量分别为2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%。 涉及到的成分按重量百分比计,包括以下成分:在切片,碳纤维、其他助剂种类及添加量不变的情况下,改变增韧剂的种类,即仅添加10%K 系增韧剂或仅添加10%N 系增韧剂或K 系增韧剂和N 系增韧剂各添加5%,查看产品力学性能的变化,增韧剂种类对产 品性能的影响如表6、图6~8 所示。

图6 增韧剂不同添加量对产品拉伸强度、弯曲强度的影响

图7 增韧剂不同添加量对产品冲击强度的影响

图8 增韧剂不同添加量对产品表面电阻率的影响

从表6 和图6~8 中,可以看出:随着增韧剂添加量的增加,产品的密度呈减小趋势,产品的拉伸强度,弯曲强度逐渐降低,产品的简支梁缺口冲击强度和简支梁非缺口冲击强度逐渐增加,产品表面电阻率整体呈降低趋势,当增韧剂添加量为2%时,产品表面电阻率最高,当增韧剂添加量为10%时,产品表面电阻率最低。 本项目为碳纤增强尼龙改性材料,拉伸强度和弯曲强度为首要考察指标,当增韧剂添加量为2%时,产品的拉伸强度、弯曲强度最高,故而进行下一步实验时建议增韧剂添加量为2%。

表6 增韧剂不同添加量对产品性能的影响

3 结论

经上述实验研究可知:增韧剂对产品性能的影响较大,选择单独添加N 系增韧剂,生产的产品力学性能和表面电阻率最好,在增韧剂种类确定的情况下,增韧剂添加量为2%时,产品的拉伸强度、弯曲强度最高。

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