增强耐磨PA66复合材料的研制及应用

张志军 ， 戴文利 刘爱学

(1．株洲时代新材料科技股份有限公司，株洲412007； 2．湘潭大学化学学院，湘潭411105)

摘要以玻璃纤维(GF)作为增强体系，加入硅酮粉、增容剂和其它助剂制备了增强耐磨尼龙(PA)66复合材料。探讨了增容剂、硅酮粉对复合材料性能的影响。结果表明，当PA66增强料、增容剂、硅酮粉质量比为100：6：1时，制备的复合材料具有较好的力学性能和耐磨性能。该增强耐磨PA66复合材料已广泛应用于织布梭的生产，性能满足行业标准要求。

关键词硅酮粉增容剂PA66 力学性能耐磨性能

M ANUFACTURE AND APPLICATIoN oF REINFoRCED AND W EARABLE NYLoN 66

Zhang Zhijun ，Dai Wenli ，Liu Aixue

(1．Zhuzhou Times New Material Technology Co．Ltd．，Zhuzhou 412001，China；2．Chemistry Institute of Xiangtan University，Xiangtan 41 1 105，China)

ABSTRACT W ith glass fiber as reinforcement and adding silicone powder，elasticizer and other assistant reagent，a kind of rinforced nylon(PA)66 was prepared with hard wearing performance．The effect of the silicone powder and elasticizer on the properties of the composite was discussed． The results showed that when the dosage ratio of reinforced PA66．elasticizer．silicone powder was 100：6：1．the compound material had better mechanical and wearing performance．The reinforced and wearable PA 66 was widely used in the fields of textile equipment，and the perform ance satisfied the trade requirement．

KEYW ORDS silicone powder，elasticizer，nylon 66，mechanical property，wearing perform ance

尼龙(PA)66是一种性能优良的工程塑料，具有较高的强度及优良的耐热性、耐腐蚀性、耐磨性和加工流动性等优点，在汽车、电子、电气设备、机械部件、交通器材等方面得到广泛的应用. 。而PA66作为结构性材料在纺织器材上的应用对其强度、耐磨性等方面提出了更高的要求，为此笔者以PA66为基体，选用玻璃纤维(GF)、自制的增容剂、硅酮粉等原料，研制了一种增强耐磨PA66复合材料，并探讨了增容剂、硅酮粉对复合材料性能的影响。

1 实验部分

1．1 原材料

PA66：工业品，EPR27，平顶山神马集团尼龙66盐厂；

GF：工业级，巨石集团；

硅酮粉：RM4—7051，美国道康宁公司；

增容剂：接枝率0．9，自制。

1．2 主要设备与仪器

高速混合机：SHR一10A型，张家港轻工机械厂；

双螺杆挤出机：036型，江苏昆山科信塑机有限公司；

注塑机：T80型，无锡格兰塑机制造有限公司；

电子万能试验机：CMT一10000N型，深圳新三思材料检测有限公司；

摆锤式冲击试验机：)(JJ一500型，承德试验机有限责任公司；

洛氏硬度计：HRSS一150型，上海精密仪器仪表有限公司；

热变形温度仪：XRW一300A型，承德试验检测仪器有限公司；

摩擦磨损试验机：MMU一2型，济南益华摩擦学

测试技术公司；金相显微镜：201A—D型，上海光学仪器厂。

1．3 试样制备

将PA66在120~C下热风干燥8 h，增容剂在80~C下热风干燥4 h，然后将PA66与增容剂、硅酮粉和其它助剂按一定质量比经高速混合机混合后，与GF通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，造粒温度为255～265~C，螺杆转速为300 r／min。所得粒料再经120℃ 鼓风干燥8 h，在注塑机上注射成标准试样，注射温度为260～270℃。试样成型后在温度为(23±2)℃ 、湿度为(50±5)％ 的环境中放置(24±1)h后备用。

1．4 性能测试

拉伸性能按GB／T 1040—1992测试；

弯曲性能按GB／T 9341—1998测试；

冲击性能按GB／T 1043—2000测试；

洛氏硬度按GB／T 230．2／．3—2002测试；

热变形温度按GB／T 1634—2004 测试；

摩擦因数按GB／T 10006—1988测试；

将加硅酮粉前后的PA66复合材料分别制成摩擦试样，在摩擦磨损试验机上干磨2 h后，取下试样在金相显微镜下观察摩擦面并拍照。

2 结果与讨论

2．1 硅酮粉对PA66复合材料性能的影响据文献[2]报道，在复合材料中加入1质量份(以下简称份)的硅酮粉时，硅酮粉能较好地分散到体系中，且能很好地改善润滑和耐磨性能。所以笔者将硅酮粉的用量确定为1份。表1为硅酮粉对PA66复合材料性能的影响。从表1可以看出，加入1份的硅酮粉后，PA66复合材料的拉伸强度、弯曲强度有较大提高，冲击性能变化不大，表面硬度与热变形温度有一定提高，摩擦因数略有降低。这是因为硅酮粉是一种刚性粒子，粒径一般为5 Ixm，具有一定的耐磨性，将硅酮粉加入到复合材料中可起到成核剂的作用，在结晶过程中能形成许多细小的球晶，并均匀地分布在复合材料中，改善了复合材料的结晶状态，使聚合物有了较细的纹理结构，从而使得PA66复合材料的拉伸强度、弯曲强度、洛氏硬度、热变形温度得到提高，摩擦因数降低，耐磨性能提高。而一定量刚性粒子的加入对PA66复合材料冲击性能影响变化不大 。

表1 硅酮粉对PA66复合材料性能的影响

性 能	硅酮粉用量／份
	0	1
拉伸强度／MPa	168.5	185
弯曲强度／MPa	206	225
缺口冲击强度／KJ*m-2	9.7	10.5
洛氏硬度(HRR)	114	117
热变形温度／℃	242	248
摩擦因数	0.16	0.13

图1为两种试样摩擦面金相显微镜照片。从图1a可以看出，试样磨损比较多，磨痕宽。从图1b可以看出，试样磨损比较少，磨痕窄。说明加入硅酮粉后，材料磨耗小，复合材料耐磨性能提高。

2．2 增容剂用量对PA66复合材料性能的影响

对PA66进行耐磨和增强改性后，PA66复合材料的冲击性能偏低，在使用过程中显示脆性。笔者选用自制的增容剂对复合材料进行增韧，其力学性能如图2、图3所示。

从图2、图3可以看出，在一定范围内，PA66复合材料的缺口冲击强度随着增容剂用量的增加而增大，而拉伸强度、弯曲强度则随增容剂用量的增加而减小。当增容剂为6份时，PA66复合材料的缺口冲击强度达到最大。随着增容剂用量的增加，复合材料的缺口冲击强度略有减小。这是因为增容剂本身是一种接枝物，其接枝后一端与基体中的PA66具有较好的相容性，另一端与GF等其它组分相连，改善了PA66和其它组分的相容性。但是，当其含量过大时，增容剂的分子链易在界面处相互缠结，有自成一相的趋势。且其自身的接枝率并不很高，热、力学性能低于PA66复合材料的性能，因而，过多的增容剂影响了复合材料的结构，导致复合材料的缺口冲击强度下降。同时增韧剂又是一种弹性体，在提高了复合材料韧性的同时，降低了复合材料的刚性，所以复合材料的拉伸强度、弯曲强度均降低 J。

综合考虑PA66复合材料的性能及复合材料在纺织器材方面应用要求，笔者确定增容剂的用量为6份，即当PA66增强体系、增容剂、硅酮粉的质量比为100：6：1时，可以得到力学性能和耐磨性能均比较好的增强耐磨PA66复合材料。

3 应用情况

增强耐磨PA66复合材料具有力学性能高和耐磨性能好，在社会生产中具有良好的应用前景，特别适合于在纺织行业使用。笔者研制的增强耐磨PA66复合材料的力学性能、摩擦性能等均能满足行业对增强PA梭材料的要求。增强耐磨PA66复合材料性能与行业要求性能对比如表2所示。

表2 增强耐磨PA66复合材料性能与行业要求材料性能对比

项目	行业要求性能	实测性能
拉伸强度／MPa	≥150	185
弯曲强度／MPa	≥190	225
缺口冲击强度／kJ·m-2	≥8．0	10.5
摩擦因数	≤0．20	0.13

用该增强耐磨PA66复合材料生产的织布梭外观图如图4所示。由于该产品具有较好的冲击性能和耐磨性能，已得到纺织行业的广泛认可。这种新型的PA梭在织布机上使用时，在换梭过程中基本没出现过断梭现象，连续使用1年后产品仍然完好无损，使用状况良好。该产品性价比高，已经在江西、江苏、山东等纺织器材厂批量生产。

4 结论

(1)在PA66复合材料中加入1份的硅酮粉后，复合材料的力学性能和耐磨性能均有一定程度的提高。

(2)一定范围内，PA66复合材料的冲击韧性随增容剂用量的增加而增加，而拉伸强度、弯曲强度随增容剂用量增加而降低。综合考虑复合材料的性能，当PA66增强料、增容剂、硅酮粉的质量比为100：6：1时，可以得到力学性能和耐磨性能均比较优良的增强耐磨PA66复合材料。

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