玻璃纤维增强尼龙66复合材料的制备与性能研究

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尼龙66是一种用途广泛的工程塑料,因其较高的结晶性,较优异的力学性能,低温性能优良、化学性能稳定被广泛应用于汽车、电子电器、化工、机械仪器仪表、建筑等行业。随着经济技术的发展和各领域对材料要求的不断提高,尼龙66/玻璃纤维复合材料在提高材料力学性能的同时还可以赋予材料其他特殊的性能,有着广泛的应用前景,越来越受到人们的重视。本课题以尼龙66为基体,对玻璃纤维进行表面处理之后采用熔融共混法制备了尼龙66/玻璃纤维复合材料,对复合材料的力学性能、动态力学性能、热性能(热稳定性能、热膨胀性能、熔融结晶行为)、耐化学腐蚀性能和玻璃纤维在复合材料中的分散性以及在复合材料中的长度分布进行了分析研究。主要的研究内容和结果如下:(1)通过硅烷偶联剂KH550处理,在玻璃纤维表面接枝上了与尼龙66相容性好的基团,有利于玻璃纤维与尼龙66相容性的改善;随着玻璃纤维含量的增加,玻璃纤维在复合材料样品中的平均长度从612.8μm降低到526.7μm。(2)玻璃纤维的加入,显著地提高了复合材料的刚性和韧性。与尼龙66原样相比,玻璃纤维含量为40%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度显著提高,分别增加了173%和186%;冲击强度也有了明显的提高,增加了283%。玻璃纤维表面分散润滑剂(TAF)含量为0.8%时,玻璃纤维含量为25%的复合材料综合力学性能最优异。用SEM观察复合材料的冲击断口形貌,可以看到玻璃纤维嵌入尼龙66基体中,根部与尼龙66紧密粘结,露出的玻璃纤维表面附着有大量的树脂。(3)玻璃纤维对尼龙66具有明显的增强作用,复合材料的储能模量(E’)提高,当玻璃纤维含量为40%时,比尼龙66原样增加了305%。玻璃化转变温度时的E’与玻璃纤维含量呈现线性增长关系;α主转变峰向高温方向移动,最大提高了17℃左右。(4)TG测试结果表明:玻璃纤维的加入,显著地提高了复合材料的热稳定性能。与PA66原样相比,复合材料的Tdi提高了7~30℃;Td提高了20~50℃。随着玻璃纤维含量的增加,复合材料的热膨胀系数显著下降,最大降低了74.2%,提高了尺寸稳定性;随着温度的升高,复合材料的热膨胀系数呈现峰值变化,峰值温度在37℃左右。(5)10%盐酸溶液对尼龙66原样的腐蚀最为严重,随着浸泡时间的延长,一周后其拉伸强度和弯曲强度分别下降了55.6%和79.8%。加入玻璃纤维后,减缓了尼龙66的腐蚀,一周后复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别下降了32.0%和51.4%。其次是10%的氢氧化钠溶液;再者是乙二醇,玻璃纤维有效的阻止了尼龙66的醇解;120#溶剂油对复合材料的综合力学性能影响不大;玻璃纤维的加入,显著地降低了复合材料的酸解、碱解以及醇解的程度,在一定程度上提高了复合材料物理力学性能的保持率。
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