高玻纤含量改性尼龙(PA)复合材料具有力学性能(尤其是刚性)高, 尺寸稳定性优异, 长期耐热性以及耐化学性和耐油性好等特点, 可替代某些金属材料(如铝合金材料)用于汽车零部件和机械零部件等结构件上. 随着玻纤含量的提高, PA基体的熔体黏度增大, 玻纤在基体中不容易均匀分散, 导致复合材料的流动性较差且不均匀, 在挤出过程中容易发生断条的现象, 同时在产品表面容易引起浮纤.
广东圆融新材料有限公司王忠强等提出了一种改善高玻纤含量(玻纤质量分数为55%)PA复合材料外观的方法. 他们从PA家族中找到了两种功能性树脂, 对高玻纤含量PA复合材料进行了改性.
两种功能性树脂分别是: PA66盐与己内酰胺的共聚物(PA66/6)和聚己二酰间苯二甲胺(MXD6).
PA66/6分子链的柔顺性和流动性较好, 可以有效提高GF在基体树脂中的分散程度.
MXD6含有空间位阻较大的苯环结构, 其结晶速率较慢, 可以延缓PA66结晶, 有利于GF在树脂中的分散.
此外, 还有含羧基超支化聚合物, 起到一种类似于表面活性剂的作用, 用量超过0.4份时将对复合材料力学性能产生较大的负面影响, 故用量固定为0.2份.
PA66/6 PK MXD6
(1)力学性能
两种功能性树脂用量均为10份, 加入到55%玻纤增强PA66复合材料后的力学性能如下表所示.
加入PA66/6的复合材料拉伸强度和缺口冲击强度高于加入MXD6的复合材料;加入MXD6的复合材料弯曲强度及模量高于加入PA66/6的复合材料, 但未提高复合材料的缺口冲击强度.
在力学性能方面, 两种功能性树脂2∶2平.
(2)流动性和光泽度
两种功能性树脂用量均为10份, 加入到55%玻纤增强PA66复合材料后的熔体流动速率和光泽度如下表所示.
加入PA66/6的复合材料熔体流动速率和光泽度提升明显, 提升幅度高于加入MXD6的复合材料.
在流动性和外观方面, PA66/6完胜.
(3)原因分析
PA66/6链段柔顺性较好, 能吸收更多的能量, 且熔体流动性和分子链段的运动能力都较优, 同时与PA66同属于脂肪族PA, 相容性相对较好, 因此在拉伸强度, 冲击强度, 流动性和光泽度方面更具有优势.
MXD6含有刚性苯环, 树脂刚性较大, 故在弯曲强度和模量方面更有优势.
PA66/6 复配 MXD6
由上述PK过程可以看出, PA66/6在四个方面(拉伸强度, 冲击强度, 流动性, 光泽度)胜出, 但复合材料力学性能提升幅度均较小;而MXD6在复合材料弯曲性能方面提升比较显著. 为此, 保持功能性树脂总用量10份不变, 将两者等比例(5∶5)复配(用P1+M1表示), 获得的效果如下表所示.
可以看出, 两者等比例(5∶5)复配的效果并不突出.
为增强复配效果, 分别将PA66/6和MXD6的用量提高, 但考虑到MXD6的价格为PA66/6的近2倍, 故将两者按质量比10∶8复配(用P10+M8表示), 获得的效果如下表所示.
可以看出, 两者按质量比10∶8复配后, 各项力学性能提升非常明显, 光泽度达到62%, 与加入MXD6的复合材料相差无几, 而熔体流动速率为38.1 g/10 min, 也能够满足复合材料的加工要求.