润滑剂对尼龙隔热条专用料性能影响的研究

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摘  要:   利用双螺杆挤出机制备长玻纤增强尼龙隔热条专用料,    研究不同的润滑剂对尼龙隔热条专用料的力学性能影
响。结果表明,    润滑剂的加入,    不仅使GF在PAF 66 基体中基本呈均匀排布,   而且使专用料的力学性能有很大的改善。随着 TAF 加入量的增加,    尼龙隔热条专用料的各项力学性能均呈现上升的趋势;    而随着EBS加入量的增加,    各项力学性能均呈现 下降的趋势。
PA66因具有优异的物理、化学性能而被广泛应用于航空航天、精密机械、汽车、电器等领域[1- 2]。 但 纯 PA66 的 力 学 性 能 、抗 氧 化 性 能 、耐 热 性 能 较 低 , 从 而 限 制 了 PA66 在 各 工 业 领 域 的 使 用 范 围 。 为 扩 大 PA66 的 应 用 ,   提 高 其 各 项 性 能 已 势 在 必 行 ,   因 此 对 PA66 改 性 增 强 材 料 的 研 究 是 各 国 科学家研究的热点之一。在许多增强剂中, 玻璃纤维(GF)与 其 他 增 强 剂 相 比 有 着 极 大 的 优 越 性 , 因 此对 GF 增强 PA66(PA66/GF)的研究相对较多[3]。本 文 主 要 研 究 不 同 润 滑 剂 对 GF 增 强 尼 龙 隔 热 条 专用料力学性能的影响,   同时用偏光电子显微镜观 察 其 烧 蚀 后 的 玻 纤 ( 加 入 量 均 为 25% ) 微 观 排 布结构。

试验部分

1. ;主要原材料

   PA66: 北京宝达化工实业有限公司

   玻纤: 市售;

   POE: 沈阳四维高聚物塑胶有限公司

    接 枝POE :   沈 阳 四 维 高 聚 物 塑 胶 有 限 公 司 

    TAF : 防 玻 纤 外 露 剂 ( N, N- 双 乙 撑 硬 脂肪酸酰胺的改性产品) , 温州龙瓯塑料科技有限公司;注: TAF 指标: 熔点不低于135, 热失重: 250时不大与 1.8%; 300时不大于 4.2%; 344时不大于 5.5%

    EBS: 乙烯基双硬脂酰胺, 温州龙瓯塑料科技有限公司。

设备与仪器

  双螺杆挤出造粒机组: TSE-35, 南京瑞亚高聚物装备有限公司

  注射机:M9000型, 宁波海天

  万能电子拉伸试验机: H10KS 型,   深圳市瑞格尔仪器有限公司

  悬臂梁冲击试验仪: XHR- 150 型,   承德试验机制造厂

  偏光电子显微镜: XP- 7 型,   上海蔡康 光学仪器厂

  试样制备将 TAF 或 EBS 与 PA66 按一定比例高速 混 合加入到双螺杆挤出机中挤出,切粒制成尼龙隔热条专用料。再将粒料加入到注塑机中注射成型标准试

样。双螺杆挤出机温度范围: 1 段 240℃~245℃; 2 段

245℃~255℃;  3 段 255℃~265℃; 4 段 265℃~275 ℃。 注塑机温度: 1 段 245℃~255℃; 2 段 255℃~265℃; 3 段 265℃~270℃[4~5]。

制备工艺流程见图 1:

1.4性能测试

——拉伸性能按 GB/T 1040—2008 测试;

——简支梁冲击强度按 GB/T 1043-2008 《硬质 塑料简支梁冲击实验方法》;

——偏光电子显微镜观察: 取一断面的截面,  高 温下烧蚀, 观察其玻纤排布结构, 并拍照。

2结果与讨论

2.1两种润滑剂对尼龙隔热条专用料冲击强度的 影响

如图2所示, 改性后尼龙隔热条专用料的缺口冲击强度随TAF的加入总体呈上升趋势, 加入量在0.7% 以前变化趋势较小, 在加入量在0.5% ~0.6% 时,  其增大的趋势较大,  在加入量为0.8% 时达到最大值9.5kJ/m2 , 在加入量大于0.8% 时略有下降。用于增强尼龙66 的玻纤表面经过硅烷偶联剂的处理, 而TAF 的极性基团与硅烷偶联剂的长链末端通过范德华力产生很强的吸引力, 该吸引力足以使两物相界面消失, 而形成一相。TAF链段与基体树脂有一定的相容性,TAF起了相容剂的作用。这样, 在玻璃纤维—基体树脂之间形成了类似锚固结点,即交联点,改善了玻纤与树脂的粘结状态。由于玻纤的表面与基体树脂之间的力学作用层厚度增加,使处于玻纤表面附近的基体更易于发生剪切屈服,增加对冲击能的吸收和耗散效果。

随EBS含量的增加, 缺口冲击强度呈下降趋势, 在0.5%~0.8%之间降低趋势相对较大, 且在EBS 含量为0.8%时达到最小值6.7kJ/m2, 之后冲击强度又有略微上升。EBS 分子内极性酞胺基团的存在使EBS与PA66 等极性树脂具有一定的相容性,  这些插入聚合物树脂内部的EBS分子能够降低树脂分子间的相互作用力, 一方面起到内润滑剂的作用; 另 一方面降低了PA66 的韧性,   从而使其抗冲击性能 下降。

2.2 两种润滑剂对尼龙隔热条专用料拉伸强度的影响

由图 3 所示, 尼龙隔热条专用料的拉伸强度随 TAF 加入量的增加而增加, 且在加入量为0.9%时达 到最大值 97MPa; 在加入 EBS 时, PA66 抗拉强度随 其加入量的增多而降低,   加入 0.5%~0.6%之间的变 化很小, 加入量在 0.6%~0.9%的变化较大。

TAF具有极性基团和尼龙66有一定的相容性; 其极性基团还可以和玻纤表面的硅烷偶联剂的 长链末端通过范德华力产生很强的吸引力, 它在尼龙66 和玻纤的两者之间充当了相容剂, 增大了两者的相容性, 使其整体力学性能增加, 拉伸强度增加。而在其中加入的EBS 和尼龙66 有一定的相容性, 主要起内润滑作用,   可以插入到尼龙66分子之间。

降低分子间作用力, 使分子间的相对滑移变的容易,但降低了其拉伸强度。

2.3玻纤的微观排布结构 玻纤的微观排布结构见图 4。

图 4a 是加入量为 0.8%TAF 放大 400 倍的偏光 显微镜照片,    从图 4a 可以看出 GF 在 PA66 基体中 分布均匀, 并且 GF 的尺寸较大,  说明 TAF 主要起到 外润滑的作用, 形成润滑分子层, 提高了熔体的流动 速率, 玻纤在树脂中得到了很好的包覆, 降低了 GF 与螺杆之间的剪切, 从而保护了 GF 的长径比, 减少 了断晶, 因而解释了改性后复合材料冲击、拉伸强度 增大的原因。图 4b 是 加 入 量 为 0.8% EBS 放 大 400 倍 的 偏 光显微镜照片,  从图 4b 可以看出 GF 在 PA66 基体 中分布不是很均匀, 并且 GF 的尺寸相对较短。说 明 EBS 主要起到了内润滑的作用, 减少了PA66 树脂分子链之间的内聚力及内摩擦, 延长了加工时间, 致使GF 受到螺杆的剪切作用加强, 从而使GF的长径比减小,  因而改性后复合材料的冲击、拉伸性能下降。

3    结论

TAF 对尼龙隔热条专用料的作用主要表现为 外润滑剂, TAF 形成润滑分子层,    提高了熔体的流 动速率, 玻纤在树脂中得到了很好的包覆, 降低了 GF 与螺杆之间的剪切,   从而保护了 GF 的长径比, 减少了断晶; 同时还作为一种填料, 对 PA66 起到补 强的作用, 使其冲击强度、拉伸强度等有所提高, 其 最佳加入量为 0.8%。而 EBS 对尼龙隔热条专用料 的作用主要表现为内润滑剂, EBS 减少了 PA66 树 脂分子链之间的内聚力及内摩擦, 延长了加工时间, 致使 GF 受到螺杆的剪切作用加强, 从而使 GF 的长 径比减小; 同时它和聚合物有一定的相容性, 能渗入 到聚合物的内部降低聚合物分子链间的相互作用力 使分子链间的相互滑移变得容易, 从而增加其塑性, 表现出冲击强度、拉伸强度等性能的下降。

参考文献:

[1] 仁恩 R W, 哈森 P, 克雷默 FJ.复合材料的结构与性能[M].

吴人洁译.北京: 科学出版社, 1999:236.

[2] 机械工程手册电机工程手册编辑委员会编.  工程材料[M].

北京: 机械工业出版社, 1996:78

[3] 刘相果, 彭晓东, 刘江等.偶联剂对短玻纤增强 PA66 微观 结构及性能影响研究[J].工程塑料应用, 2003, 31( 7)