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        增韌劑對(duì)碳纖維增強(qiáng)尼龍改性材料性能的影響

        2022-06-20 14:23:16姚利秦增增韓璐
        天津化工 2022年3期
        關(guān)鍵詞:碳纖維產(chǎn)品影響

        姚利,秦增增,韓璐

        (天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司,天津 300450)

        隨著汽車小型化、輕量化的需求,工程塑料逐漸取代部分金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用,尼龍作為三大塑料之首,其改性產(chǎn)品在汽車行業(yè)中的應(yīng)用日趨擴(kuò)大。 尼龍作為結(jié)構(gòu)性材料,可以通過(guò)玻璃纖維和其它填料填充的方式, 增強(qiáng)改性,提高產(chǎn)品強(qiáng)度,擴(kuò)大應(yīng)用范圍,碳纖維具有質(zhì)輕、拉伸強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特點(diǎn),與玻璃纖維相比,模量高3~5 倍,因而是一種獲得高剛性和高強(qiáng)度尼龍材料的優(yōu)良增強(qiáng)材料[1,2]。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備

        原料:PA6, 天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司生產(chǎn);碳纖維,AMOS 公司生產(chǎn);增韌劑沈陽(yáng)科通公司生產(chǎn);其他助劑。

        設(shè)備: 南京歐立TE-35 同向雙螺桿擠出機(jī);海天塑機(jī)SA600 注塑機(jī);真空干燥箱;萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī);缺口制樣機(jī);簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)機(jī)等。

        1.2 理論依據(jù)

        本論文中選擇常見(jiàn)碳纖維作為增強(qiáng)填充物質(zhì),在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量確定的情況下, 不改變?cè)鲰g劑添加量,改變?cè)鲰g劑種類, 查看產(chǎn)品性能變化, 從而選

        出適合的增韌劑, 適用于增強(qiáng)改性尼龍材料的增韌劑最常見(jiàn)的為K 系增韌劑和N 系增韌劑, 根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn), 初步選定增韌劑添加量為10%, 考察不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響[3,4]。

        1.3 實(shí)驗(yàn)配方(見(jiàn)表1,2)

        表1 增韌劑種類對(duì)產(chǎn)品性能的影響配方

        1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

        1.4.1 造粒 利用35 試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)表1 中方案一、方案二、方案三和表2 中方案一、方案二、方案三、方案四、方案五、方案六、方案七進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打樣造粒,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求工藝穩(wěn)定。 造粒前,應(yīng)對(duì)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行清洗,啟動(dòng)設(shè)備,設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度,進(jìn)行預(yù)熱,溫度達(dá)到設(shè)定值后,用洗車料對(duì)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行清洗,同時(shí)對(duì)加熱區(qū)升溫情況、螺桿轉(zhuǎn)速及喂料量適宜條件、擠出樣條狀態(tài)、切粒機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢查,確定實(shí)驗(yàn)設(shè)備符合運(yùn)行條件,方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打樣。

        表2 增韌劑種類對(duì)產(chǎn)品性能的影響配方

        1.4.2 注塑 根據(jù)需要, 造粒產(chǎn)品在做物理性能測(cè)試之前, 需在真空干燥箱中烘烤6h, 溫度105℃。 注塑時(shí),每組產(chǎn)品注塑拉伸樣條10 根,沖擊樣條10 根,色板5 個(gè)。

        采用海天塑機(jī)SA600 注塑機(jī)制備標(biāo)準(zhǔn)樣條,注塑條件如表3。

        表3 用注塑機(jī)注塑條件

        對(duì)注塑機(jī)制備的樣條進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)方法和國(guó)標(biāo)依據(jù)如表4。

        表4 樣條的檢測(cè)方法和依據(jù)

        2 結(jié)果與討論

        2.1 增韌劑種類對(duì)產(chǎn)品性能的影響

        在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量不變的情況下,改變?cè)鲰g劑的種類,即僅添加10%K系增韌劑或僅添加10%N 系增韌劑或K 系增韌劑和N 系增韌劑各添加5%, 查看產(chǎn)品力學(xué)性能的變化,增韌劑種類對(duì)產(chǎn)品性能的影響如表5、圖1~5 所示。

        表5 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響

        圖1 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度的影響

        圖2 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品彎曲強(qiáng)度的影響

        圖3 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度的影響

        圖4 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品簡(jiǎn)支梁非缺口沖擊強(qiáng)度的影響

        圖5 不同增韌劑對(duì)產(chǎn)品表面電阻率的影響

        從表5 和圖1~5 中可以看出:在增韌劑添加量相同的情況下,不同種類的增韌劑,產(chǎn)品的密度相差不大,產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度、簡(jiǎn)支梁非缺口沖擊強(qiáng)度、表面電阻率均是單獨(dú)添加10%N 系增韌劑最好,添加5%N系增韌劑和5%K 系增韌劑復(fù)配次之,添加10%K系增韌劑最差,因此在增韌劑添加量為10%的情況下,選擇單獨(dú)添加N 系增韌劑,生產(chǎn)的產(chǎn)品力學(xué)性能和表面電阻率最好。

        2.2 增韌劑添加量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

        選擇常見(jiàn)碳纖維作為增強(qiáng)填充物質(zhì), 在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量確定的情況下,增韌劑選擇N 系增韌劑,改變?cè)鲰g劑添加量,查看產(chǎn)品性能變化, 增韌劑添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%。 涉及到的成分按重量百分比計(jì),包括以下成分:在切片,碳纖維、其他助劑種類及添加量不變的情況下,改變?cè)鲰g劑的種類,即僅添加10%K 系增韌劑或僅添加10%N 系增韌劑或K 系增韌劑和N 系增韌劑各添加5%,查看產(chǎn)品力學(xué)性能的變化,增韌劑種類對(duì)產(chǎn) 品性能的影響如表6、圖6~8 所示。

        圖6 增韌劑不同添加量對(duì)產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度的影響

        圖7 增韌劑不同添加量對(duì)產(chǎn)品沖擊強(qiáng)度的影響

        圖8 增韌劑不同添加量對(duì)產(chǎn)品表面電阻率的影響

        從表6 和圖6~8 中,可以看出:隨著增韌劑添加量的增加,產(chǎn)品的密度呈減小趨勢(shì),產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度,彎曲強(qiáng)度逐漸降低,產(chǎn)品的簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度和簡(jiǎn)支梁非缺口沖擊強(qiáng)度逐漸增加,產(chǎn)品表面電阻率整體呈降低趨勢(shì),當(dāng)增韌劑添加量為2%時(shí),產(chǎn)品表面電阻率最高,當(dāng)增韌劑添加量為10%時(shí),產(chǎn)品表面電阻率最低。 本項(xiàng)目為碳纖增強(qiáng)尼龍改性材料,拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度為首要考察指標(biāo),當(dāng)增韌劑添加量為2%時(shí),產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度最高,故而進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)時(shí)建議增韌劑添加量為2%。

        表6 增韌劑不同添加量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

        3 結(jié)論

        經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)研究可知:增韌劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響較大,選擇單獨(dú)添加N 系增韌劑,生產(chǎn)的產(chǎn)品力學(xué)性能和表面電阻率最好,在增韌劑種類確定的情況下,增韌劑添加量為2%時(shí),產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度最高。

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