姚利,秦增增,韓璐
(天津長蘆海晶集團有限公司,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用,尼龍作為三大塑料之首,其改性產品在汽車行業中的應用日趨擴大。 尼龍作為結構性材料,可以通過玻璃纖維和其它填料填充的方式, 增強改性,提高產品強度,擴大應用范圍,碳纖維具有質輕、拉伸強度高、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變、導電、傳熱等特點,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度尼龍材料的優良增強材料[1,2]。
原料:PA6, 天津長蘆海晶集團有限公司生產;碳纖維,AMOS 公司生產;增韌劑沈陽科通公司生產;其他助劑。
設備: 南京歐立TE-35 同向雙螺桿擠出機;海天塑機SA600 注塑機;真空干燥箱;萬能試驗機;缺口制樣機;簡支梁試驗機等。
本論文中選擇常見碳纖維作為增強填充物質,在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量確定的情況下, 不改變增韌劑添加量,改變增韌劑種類, 查看產品性能變化, 從而選
出適合的增韌劑, 適用于增強改性尼龍材料的增韌劑最常見的為K 系增韌劑和N 系增韌劑, 根據以往實驗經驗, 初步選定增韌劑添加量為10%, 考察不同增韌劑對產品性能的影響[3,4]。
表1 增韌劑種類對產品性能的影響配方
1.4.1 造粒 利用35 試驗機分別對表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、方案七進行實驗打樣造粒,實驗過程中要求工藝穩定。 造粒前,應對雙螺桿擠出機進行清洗,啟動設備,設定實驗溫度,進行預熱,溫度達到設定值后,用洗車料對雙螺桿擠出機進行清洗,同時對加熱區升溫情況、螺桿轉速及喂料量適宜條件、擠出樣條狀態、切粒機狀態進行檢查,確定實驗設備符合運行條件,方可進行實驗打樣。
表2 增韌劑種類對產品性能的影響配方
1.4.2 注塑 根據需要, 造粒產品在做物理性能測試之前, 需在真空干燥箱中烘烤6h, 溫度105℃。 注塑時,每組產品注塑拉伸樣條10 根,沖擊樣條10 根,色板5 個。
采用海天塑機SA600 注塑機制備標準樣條,注塑條件如表3。
表3 用注塑機注塑條件
對注塑機制備的樣條進行檢測,檢測方法和國標依據如表4。
表4 樣條的檢測方法和依據
在切片、碳纖維、其他助劑種類及添加量不變的情況下,改變增韌劑的種類,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%, 查看產品力學性能的變化,增韌劑種類對產品性能的影響如表5、圖1~5 所示。
表5 不同增韌劑對產品性能的影響
圖1 不同增韌劑對產品拉伸強度的影響
圖2 不同增韌劑對產品彎曲強度的影響
圖3 不同增韌劑對產品簡支梁缺口沖擊強度的影響
圖4 不同增韌劑對產品簡支梁非缺口沖擊強度的影響
圖5 不同增韌劑對產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,產品的密度相差不大,產品拉伸強度、彎曲強度、簡支梁缺口沖擊強度、簡支梁非缺口沖擊強度、表面電阻率均是單獨添加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,選擇單獨添加N 系增韌劑,生產的產品力學性能和表面電阻率最好。
選擇常見碳纖維作為增強填充物質, 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,改變增韌劑添加量,查看產品性能變化, 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,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,改變增韌劑的種類,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%,查看產品力學性能的變化,增韌劑種類對產 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產品拉伸強度、彎曲強度的影響
圖7 增韌劑不同添加量對產品沖擊強度的影響
圖8 增韌劑不同添加量對產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,產品的密度呈減小趨勢,產品的拉伸強度,彎曲強度逐漸降低,產品的簡支梁缺口沖擊強度和簡支梁非缺口沖擊強度逐漸增加,產品表面電阻率整體呈降低趨勢,當增韌劑添加量為2%時,產品表面電阻率最高,當增韌劑添加量為10%時,產品表面電阻率最低。 本項目為碳纖增強尼龍改性材料,拉伸強度和彎曲強度為首要考察指標,當增韌劑添加量為2%時,產品的拉伸強度、彎曲強度最高,故而進行下一步實驗時建議增韌劑添加量為2%。
表6 增韌劑不同添加量對產品性能的影響
經上述實驗研究可知:增韌劑對產品性能的影響較大,選擇單獨添加N 系增韌劑,生產的產品力學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,產品的拉伸強度、彎曲強度最高。