增强增韧尼龙1 2材料的制备及力学性能研究

刘 罡

(1．中煤科工集闭重庆研究院矿用新材料研究所，苇庆，401332；2．瓦斯灾害临控与应急技术冈家币点实验窜． 录庆

400037；3．重庆科聚孚工程塑料有限责任公司．晕庆，401332)

摘 要 利用双螺杆挤出机制备了尼龙12(PAl2)增强增韧复合材料，研究了喂料方式、玻纤(GF)

用量、增韧剂种类(ST一4100，4700)及用量等因素对其力学性能的影响。研究结果表明：采用侧喂料工艺较长GF连续喂料工艺制备的复合材料力学性能更优异；随着GF用量增加，复合材料的拉伸强度提高：增韧剂4700较4100的增韧效果好；"-3 PAl2／GF／47O0=60／32／8时，PAl2复合材料拉伸强度为120 MPa．悬臂梁缺口冲击强度为20 kJ／m ，综合力学性能最佳

关键词：尼龙l2 增韧增强相容性接枝复合材料

Study on the Preparation and Mechanical Properties of the Toughened and Reinforced Polyamide 12

Liu Gang

(1．Mining New Materi'',ds Research Institute．Chongqing Branch of China Coal Research Institute，Chongqing，400037；2．National Key Laboratory of Gas Disaster Detecting，Preventing and Emergency Controlling，Chongqing 400037；3．Chongqing Copolyforce Engineering Plastics Co，Ltd，Chongqing，401 332)

Abstract：Reinforced and toughened polyamide 1 2 (PA l 2)composites was prepared by twin—screw extruder．The effects of feeding methods，glass fiber (GF)content，the type and content of toughening agent on the mechanical properties of the composites were studied．It was found that the side-feeding technology is better than the direct—feeding technology for glass fiber reinforced PA 1 2．The tensile strength of the PA 1 2 composite increases with the increase of GF loading．It was also found that toughening agent 4700 has better toughening effect than 4 1 00．W hen the proportion of PA 1 2／GF／4700 is 62／30／8，the tensile strength of the composite reaches 1 20 MPa．and the notched Izod impact strength reaches 20 kJ／m ．

Keywords：polyamide 1 2；reinforced and toughened；compatibility；composites

尼龙12(PAl2)，即聚十二内酰胺，是一种具有长碳链结构的聚酰胺。由于其分子主链中含有较多的亚甲基，使其具有吸水率低、分解温度高和耐低温性能优异等优点I1I，主要用于汽车输油管、仪表板、油门踏板、刹车软管、电子电器消声部件、电缆护套等 目前，关于PA12的研究主要集中在激光烧结成型 、涂层结品影响冈素 等方面，而在PA l2的增强及增韧改性方面则少有研究报道．这在一定程度上阻碍了PAl2作为新型结构材料的推广与应用。鉴于此，本义利刚双螺杆挤山共混方法对制备了坡纤(GF)增强增韧PA12复合材料．行对其性能进行了研究．为将陔类材料川于结构材料提供指导

1 实验部分

1．1 主要原材料

PA12．UBESTA 3020U，日本宇部兴产株式会社：ST一41O0，马米酸酐接枝乙烯一1一辛烯共聚物，接枝率0．4％～0．6％ ，北京普利宏斌化工材料有限责任公司；4700，无规乙烯一丙烯酸一马来酸酐三元共聚物．共聚单体含量32％ ，法国Atofina化工公司：GF纱，EC13—2000S213，沈阳星光GF有限公司：短切纱，ECS301CL，重庆国际复合材料有限公司：抗氧剂，1098，瑞士Ciba精化公司。

1．2 主要实验仪器和设备

双螺杆挤出机，TE一50，南京科亚公司；注塑机，95G，东华机械有限公司；微机控制万能试验机，GMT4204，美特斯工业系统(中围)；塑料摆锤冲击试验机，ZBC1400一B，美特斯工、l 系统(中国)。

1.3 试样制备

1．3．1工艺流程图

PA12复合材料及力学性能测试样条的制备工艺流程如图1所示。

1.3．2 主要工艺参数

试样制备主要工艺参数为：双螺杆挤山机，一区190℃ ，二区200 ℃，i区210 ℃，四区220℃ ．五区220℃ ．六区220 ．七区220℃ ．八区21O℃，九区2l0℃ ，十区205 ：注蝈机，一区2l0℃，二区225℃三区230℃、四区225℃ 。

1．4 性能测试

注塑成型后的待测试样在窒温、相对湿度50％下放置24 h后。于同等条件下进行力学性能测试

拉伸强度和断裂伸长率按GB／T1040．2—2006测试 悬臂梁缺口冲击强度按GB／T l843—2008测试 弯fH1模量按GB／T l449—2005测试

2 结果与讨论

2．1 喂料方式对复合材料力学性能的影响

在TE一50双螺杆挤出机中，采用2种喂料方式分别制备了增韧增强PA12复合材料，一是长GF连续喂料．二是短切纱侧向喂料。在试验配方相同的情况下(PA12／GF／41O0=62／3O／8)，重点考察不同喂料方式对PAl2复合材料力学性能的影响。其力学性能如表1所示。

由表1的数据可以看山．在相同试验配方及挤出造粒工艺的情况下，短切纱侧向喂料制备的PA12复合材料拉伸强度和缺口冲击强度相对较高，原因可能在于，长GF需要靠螺杆旋转米切断，剪切作用相对较大，甚至会造成部分树脂分解：而短切纱在双螺杆中受到的剪切相对较弱．得到的切粒中GF长度分布较窄且在树脂中分布更均匀，从而获得较高的拉伸强度和缺口冲击强度 。此外，短切纱301CL是一种尼龙专用GF．表面经过氨基硅烷偶联剂特殊处理．与树脂基体有更强的界面粘结强度。冈此，当基体树脂受到外部拉伸或冲击作用时，GF从基体树脂中拔出将会吸收更多的能量，使得复合材料具有更高的强度和韧性。

2．2 GF用量对复合材料力学性能的影响

在TE一50双螺杆挤出机中，采取短切纱侧向喂料工艺制备不同GF含量的PA12复合材料，其力学性能如图2和罔3所示，其中A1、B1、C1和D1分别是PA12／GF复合材料的悬臂梁缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲模量和断裂伸长率随GF含量的变化曲线。

由图2和图3可以看山，复合材料的扣伸强度和弯曲模量随GF刚量增加逐渐提高，当GF含量超过30 时，上升趋势趋于平缓：悬臂梁缺口冲击强度随GF用量增加 先是迅速减小到最低，稍后略有增加，一定程度之后又有所降低：断裂伸长率随着GF含量的增加，先是急速降低，到达一定程度后趋于平缓。原因可能在于．作为增强材料的GF。一方面起到增强树脂基体的作用，另一方面增加应力集中效应。当GF含量较少时(<l0％)，其增强作用较弱于应力集中作用增加较快 因而材料强度提升少，冲击强度有较大幅度的降低。当GF含量逐步增多时(10％～30％)，增强作用占主导地位，整个体系吸收能量的方式也增加了断裂途径的延长、纤维一树脂基体界面的脱粘和纤维拔出及断裂等几种方式 ．而应力集中效应则相对较弱，从而导致强度提高 韧性降低。当GF含量进一步增加时(大于30％)，其增强效果变缓，而应力集中效应进一步增强，从而使得缺口冲击强度降低。

2 增韧剂对PA12／GF复合材料力学性能的影响

在GF含量为30％的前提下，考察增韧剂及用量对PA12／GF体系性能的影响，其拉伸强度和悬臂梁缺151冲击强度分别如图4所示 其中Tel、Izl和Te2、Iz2分别是4700体系和4100体系的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度随增韧剂含量的变化曲线。

由图4可以看出，随增韧剂川量的增加，两种复合材料的拉伸强度都是逐渐降低，而悬臂梁缺口冲击强度逐渐增大。原因在于，增韧剂作为弱相分散在树脂基体中，一方面降低了GF的增强作和PAl2树脂的结品，另～ 方面作为弹性体吸收外部传递给树脂基体的能量，呈现明显的“橡胶增韧料”的特征

相比4100体系而言，4700体系的拉伸强度降低较少，悬臂梁缺口冲击强度提升却较高。原冈可能是．增韧剂4100是乙烯一辛烯共聚物的接枝物，接枝率只有0．4％～0．8％；而4700属于乙烯一丙烯酸一马米酸酐三元共聚物，其所含反应型基团相对较多．因而分子链上有更多的官能团与PAl2分子链上的化学基团反应I ，故其生成的PA12一g一4700相对较多，提升了PA12与增韧刹之间的相容性，二者界面作州增强，增厚的界面层能够更有效地传递外力作用，降低增韧剂的应力集中作川．使得拉伸强度降低较少；同时增韧刹与树脂基体的相容性提升，使增韧刹的相畴细化，其增韧作用更明显，冲击强度提高更多。

3 结论

（1）短切纱侧向喂料工艺较长GF连续喂料工艺更容易制备综合力学性能相对较高的PAl2复合材料。

（2）增韧剂4700较4100对PA12的增韧效果好．并使复合材料保持相对较高的强度。

(3)当PA12／GF／4700=60／32／8时，PA12复合材料拉伸强度为120MPa，悬臂梁缺口冲击强度为20 kJ／m：．综合力学性能最佳。

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