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行业动态

玻纤增强尼龙制造需要面对哪些困难?附不同加纤比例PA66应用
发布时间:2024-01-23浏览次数:651

尼龙(PA)具有高机械强度、耐化学药品、耐油、耐磨、自润滑、易于加工成型等一系列优异性能,已成为目前国内外广泛应用的热塑性工程塑料之一。


但在实际应用中,不同的使用条件或环境下,对尼龙的性能要求又各有不同。


如,电钻和电机外壳、泵叶轮、轴承、柴油机和空调全塑风扇等部件要求尼龙材料须具备高强度、高刚性和高尺寸稳定性;由于尼龙的低温韧性差,此时就需要对其进行增韧改性;在一些户外应用领域,尼龙材料在长期的户外环境中,则须进行耐候改性等等。


增强尼龙所用的增强材料主要是玻纤、碳纤、晶须等纤维状的物质,而其中又以玻纤增强应用*为广泛。通过玻纤增强可明显改善材料的刚性强度和硬度,并使得材料的尺寸稳定性和耐热性得到明显改善。


由于尼龙本身强度不够,通过加入10-30%的纤维,来提高它的强度。特别是30%的强度是公认的*合适的比例。也有加到40-50%的,根据不同产品的具体要求,再加上适当的配方,都能成功。





玻纤增强尼龙的生产工艺


一般来说,玻纤增强尼龙的生产工艺有两种:长纤法和短纤法。

长纤法,即尼龙及其它成分经预混后加入料斗,而玻纤则从玻纤入口处通过螺杆转动将其带入螺杆,进而与尼龙树脂混合。



短纤法,即将短切玻纤通过侧喂料强制输送至料筒后,再与尼龙混合。






影响玻纤增强尼龙性能的因素


首先,玻璃纤维与尼龙树脂之间的界面粘结对玻璃纤维增强尼龙的影响*为重要。如果两者之间的结合不好,强化效果会大大降低。这时,玻璃纤维的表面处理就显得尤为重要。如今,玻璃纤维厂家已经能够生产出针对不同材料进行不同表面处理的玻璃纤维模型,供改性塑料厂家使用,只要选择得当。


其次,尼龙材料中玻璃纤维的长度是影响其性能的另一个主要因素。一般来说,无论是抗拉强度、弯曲强度和模量,还是缺口冲击强度,长玻璃纤维都优于短玻璃纤维。


同时,玻璃纤维在材料中的分散性也不容忽视。玻璃纤维的分散主要依靠双螺杆的适当剪切作用和物料的捏合作用来实现,这涉及到螺杆的组合和速度。螺杆转速的选择与配方中玻璃纤维等添加剂的含量有关。对于阻燃增强尼龙,由于阻燃剂已被热分解,低速为宜。


另外,加工温度、玻璃纤维直径、玻璃纤维种类也会影响材料的*终性能,所以这里就不再赘述了。





玻纤增强尼龙在加工过程中热氧老化


以玻纤增强尼龙66为例,玻纤在双螺杆挤出机料筒中易与物料、螺杆和料筒内壁发生挤压和摩擦,并产生大量的摩擦热,往往使得挤出机料筒内物料实际温度远高于挤出机显示温度,这样的高温极易导致尼龙66发生热氧老化降解,并使复合材料的力学性能降低。表1是不同抗氧体系对玻纤增强尼龙66复合材料初始力学性能的影响。


表 1  玻纤增强尼龙66的初始力学性能 


由表中数据可知,未添加抗氧剂的1#样品的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度均低于2#和3#样品的相应性能,这表明添加抗氧剂可以有效阻滞尼龙66在加工过程中的热氧老化降解,显著提高复合材料的力学性能。表明合适的抗氧体系可以发挥更好的初期加工稳定化作用。





玻纤增强尼龙的流动性


玻纤增强尼龙的流动性较差,在注塑成型过程中易发生注塑压力高、注塑温度较高、注塑不满、表面质量差等问题,严重影响制品表观,导致产品不良率高居不下。特别在注塑制品的生产过程中,又不能直接添加润滑剂来解决问题,只能在原料上进行改进,一般而言,这需要在改性配方中加入润滑成分。





玻纤增强尼龙的抗高温热氧老化


在一些诸如轴承、柴油机风扇等应用领域,玻纤增强尼龙常常面临着长时间的高温热氧老化的问题。虽然以玻纤对尼龙进行增强改性,可适度提高尼龙的耐热性,但不能很好的解决问题,而通过向玻纤增强尼龙复合材料中添加合适的抗热氧老化助剂可取得较好的效果,还是接着上图。



三个样品经1000h热氧老化后,1#样品(无抗氧剂)的拉伸强度保持率为58.0%,2#样品(一般常用抗氧体系)的拉伸强度保持率为77.4%,而3#样品(改进型抗氧体系)的相应性能为88.0%。可见,合适的抗氧体系可有效延缓玻纤增强尼龙的热氧老化降解,从而发挥更好的高温热氧老化防护效果。





玻纤增强尼龙的耐候性能


尼龙在受到阳光照射、温度变化、风吹雨打等外界条件的影响,会出现褪色、变色、龟裂、粉化和强度下降等一系列老化现象,其中紫外线是促进老化的关键因素。耐候性尼龙目前主要为黑色制品,也就是通过在尼龙中加入炭黑等吸收紫外线的助剂来解决其耐候性。但除了黑色制品以外,本色或浅色尼龙在户外应用时也常常面临老化的问题,主要表现为制件变黄。






不同加纤比例尼龙的应用


以下以PA66为例:


高强度加玻纤增强产品.

1


玻纤添加比例40-50%的增强尼龙材料,主要适用于高强度齿轮、专业设备的高强度零部件制造。



应用:各种精密齿轮


PA66+GF,具有高钢性、尺寸稳定、降噪、耐磨、静音、润滑、抗静电等性能。


中强度加玻纤增强产品.

2


玻纤添加比例25-35%的增强尼龙材料,主要适用于汽车配件、电动工具外壳、电器风叶、风轮、餐具类、玩具类等中强度零部件制造。



应用一:汽车配件


汽车PA66+GF材料可应用在发动机进气管、发动机罩盖、汽车底盘、发动机风扇叶、汽车空调蒸发器冷凝器等。



1)发动进气管PA66+30%GF,长期耐温140℃2000小时以上。


2)汽车底盘挡泥板,发动机风扇叶PA66+30%GF,需要极好的韧性和强度,以及很低的变形量与尺寸稳定性。


3)汽车空调蒸发器,需要翘曲好、长期耐热、耐水解、尺寸稳定高、很高的强度和韧性,PA66+15%GF+10%滑石粉



应用二:电子配件各种连接器


这是无卤阻燃PA66+35%GF,在各种电子连接器上的应用领域。电子连接器需要具备高流动性、尺寸稳定性、良好的电气性能,有的还需要阻燃性能,此时唯有改性材料才能完全替代。



应用三:各种大功率风扇叶以及叶轮


高钢性、高韧性、低翘曲、抗蠕变、耐水解改性PA66+30%GF材料。




应用四:餐具类:


耐高温、食品级、高流动性、增强、PA66+30%GF。



应用五:玩具领域


玩具枪托、无人机螺旋桨、马达支架玩具一般使用中高强度的改性塑料,PA66+30%GF、PA66+30%碳纤。


低强度加玻纤增强产品.

3


玻纤添加比例10-20%的增强尼龙材料,主要适用于电子电器产品中的连接器、触动开关、医疗器材等零部件制造。





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