目前,改善玻纤增强尼龙表面浮纤主要有两种思路,一是通过引入低分子润滑剂改善熔体的流动性,二是通过引入特殊添加剂(如苯胺黑、氯化锂)来降低结晶速度。

这些常用方法都存在一些缺点,如低分子润滑剂容易迁移到聚合物表面或受热降解,在注塑复杂制件时,引起聚合物表面发生焦烧现象或气痕,而氯化锂等添加剂在一定程度上会降低玻纤增强尼龙的力学性能。

本文将不同黏度的尼龙6(PA6)树脂与玻纤(GF)共混,系统研究了树脂黏度对复合材料性能和外观的影响。


1、实验方法

实验采用相对黏度为2.0、2.4、2.8、4.0的四种PA6,对应牌号分别为M2000、M2400、M2800、BL40H,加入40%GF(侧喂),经双螺杆挤出并注塑加工成试样。PA6/GF复合材料质量配方见表1。

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2、 树脂黏度对力学性能的影响

表2为不同PA6/GF复合材料的力学性能和密度。由表2可知,对于采用单一树脂的配方,随着树脂黏度提高,复合材料的拉伸强度逐渐下降,而缺口冲击强度逐渐上升。对于1#~4#配方,树脂黏度由2.09提高到3.58,复合材料的缺口冲击强度由13.6kJ/m2提高到20.6kJ/m2,上升了51.5%。5#和6#是采用高低黏树脂(BL40H与M2000)复配的方案,其力学性能介于1#与4#之间。6#配方中M2000含量更高,所以其力学性能更接近1#配方。由表2还可看出,树脂黏度对密度基本没有影响。

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3、 树脂黏度对熔体流动性的影响

图1为不同配方PA6/GF复合材料的MFR。由1#~4#配方可知,MFR与树脂黏度呈负相关性。树脂黏度越高,MFR越小;由5#和6#可知,当采用高低黏树脂复配时,MFR处于两者之间,低黏树脂含量越高,MFR越大。


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PA6黏度高时,材料的流动性差,GF难以充分分散,导致外观变差,但黏度高时,结晶温度低,使得树脂能充分包覆GF,外观又变好,流动性与结晶温度同时影响外观。

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4、树脂黏度对外观的影响

将6种配方注塑成方板试样。从观察发现,表面浮纤状况各不相同,2#,3#和4#表面有明显的玻纤团聚。根据对方板外观的评判标准,可分为4级,其中1级为外观光洁度高,无浮纤和团聚;2级为外观光洁度高,有少量浮纤但无团聚;3级为外观光洁度一般,有较多浮纤或少量团聚;4级为外观光洁度差,有大量浮纤或大量团聚。表3为对此六块方板的外观等级评价结果,6#的外观最好,为1级,而3#和4#的外观最差,为4级。

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在二次元下进一步观察方板的表面,发现PA6树脂与GF的结合有多种形式,如图2所示。1#配方PA6树脂与GF的结合较差,能观察到明显的GF;4#方板的表面有很大一部分GF团聚,二次元下可以观察到大量GF,这是由于材料的流动性太差,GF无法随着树脂的流动而充分分散,4#方板还有一部分表面光泽度较高,二次元下观察到树脂与GF的结合非常好,树脂完全包覆GF,基本看不到GF的存在,这是由于4#配方的结晶温度最低,PA6冷却速率慢,树脂有充足的时间包覆GF,呈现较好的外观;6#方板的表面最好,二次元下观察到树脂与GF的结合较好,但未完全包覆,状态处于1#与4#之间。

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5、结论

树脂黏度对PA6/GF复合材料的力学性能具有重要的影响,树脂黏度越高,复合材料的冲击强度越高,而拉伸强度越低。

当使用高黏树脂(相对黏度4.0)与低黏树脂(相对黏度2.0)复配时,注塑样板外观最好,高黏树脂提供低的结晶温度,低黏树脂提供高的流动性。

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