高玻纖含量改性尼龍(PA)複合材料具有力學性能(尤其是剛性)高, 尺寸穩定性優異, 長期耐熱性以及耐化學性和耐油性好等特點, 可替代某些金屬材料(如鋁合金材料)用於汽車零部件和機械零部件等結構件上. 隨著玻纖含量的提高, PA基體的熔體黏度增大, 玻纖在基體中不容易均勻分散, 導致複合材料的流動性較差且不均勻, 在擠出過程中容易發生斷條的現象, 同時在產品表面容易引起浮纖.
廣東圓融新材料有限公司王忠強等提出了一種改善高玻纖含量(玻纖質量分數為55%)PA複合材料外觀的方法. 他們從PA家族中找到了兩種功能性樹脂, 對高玻纖含量PA複合材料進行了改性.
兩種功能性樹脂分別是: PA66鹽與己內醯胺的共聚物(PA66/6)和聚己二醯間苯二甲胺(MXD6).
PA66/6分子鏈的柔順性和流動性較好, 可以有效提高GF在基體樹脂中的分散程度.
MXD6含有空間位阻較大的苯環結構, 其結晶速率較慢, 可以延緩PA66結晶, 有利於GF在樹脂中的分散.
此外, 還有含羧基超支化聚合物, 起到一種類似於表面活性劑的作用, 用量超過0.4份時將對複合材料力學性能產生較大的負面影響, 故用量固定為0.2份.
PA66/6 PK MXD6
(1)力學性能
兩種功能性樹脂用量均為10份, 加入到55%玻纖增強PA66複合材料後的力學性能如下表所示.
加入PA66/6的複合材料拉伸強度和缺口衝擊強度高於加入MXD6的複合材料;加入MXD6的複合材料彎曲強度及模量高於加入PA66/6的複合材料, 但未提高複合材料的缺口衝擊強度.
在力學性能方面, 兩種功能性樹脂2∶2平.
(2)流動性和光澤度
兩種功能性樹脂用量均為10份, 加入到55%玻纖增強PA66複合材料後的熔體流動速率和光澤度如下表所示.
加入PA66/6的複合材料熔體流動速率和光澤度提升明顯, 提升幅度高於加入MXD6的複合材料.
在流動性和外觀方面, PA66/6完勝.
(3)原因分析
PA66/6鏈段柔順性較好, 能吸收更多的能量, 且熔體流動性和分子鏈段的運動能力都較優, 同時與PA66同屬於脂肪族PA, 相容性相對較好, 因此在拉伸強度, 衝擊強度, 流動性和光澤度方面更具有優勢.
MXD6含有剛性苯環, 樹脂剛性較大, 故在彎曲強度和模量方面更有優勢.
PA66/6 複配 MXD6
由上述PK過程可以看出, PA66/6在四個方面(拉伸強度, 衝擊強度, 流動性, 光澤度)勝出, 但複合材料力學性能提升幅度均較小;而MXD6在複合材料彎曲性能方面提升比較顯著. 為此, 保持功能性樹脂總用量10份不變, 將兩者等比例(5∶5)複配(用P1+M1表示), 獲得的效果如下表所示.
可以看出, 兩者等比例(5∶5)複配的效果並不突出.
為增強複配效果, 分別將PA66/6和MXD6的用量提高, 但考慮到MXD6的價格為PA66/6的近2倍, 故將兩者按質量比10∶8複配(用P10+M8表示), 獲得的效果如下表所示.
可以看出, 兩者按質量比10∶8複配後, 各項力學性能提升非常明顯, 光澤度達到62%, 與加入MXD6的複合材料相差無幾, 而熔體流動速率為38.1 g/10 min, 也能夠滿足複合材料的加工要求.