媒体报道
硅灰石粉体对增强尼龙6的影响研究
  • 来源:未知
  • 作者:admin
  • 发布时间:2020-04-08 10:09
  •  次浏览
华远硅灰石,新余硅灰石,江西硅灰石
1.引言

硅灰石是中国优势非金属矿产资源之一,中国硅灰石的储量居世界首位,近几年一直占世界贸易量的50%以上。随着硅灰石超细粉碎与晶型保护深加工研究的不断深入,产品质量不断提高,应用范围逐步扩大。但在追求高长径比的同时保证产品足够细度方面的研究与发达国家还有一定的差距。而高细度大长径比的硅灰石针状粉具有更大的应用价值,如用于塑料填充,可以提高制品的强度和尺寸稳定性;造纸填料用的硅灰石针状粉也要求达到1μm的细度;在油漆涂料中填加的湖北省大冶市曹家晚硅灰石粉厂的硅灰石粒度越细、针状晶体长径比越大,其性能改善越明显。

2.材料试验方法

作为理想的增强材料,玻璃纤维是增强尼龙6的**材料。而玻纤的种类很多,按其长短分,有长玻纤和短玻纤,国内大部分使用的是长玻纤按其组成来分,有无碱玻纤、有碱玻纤和中碱玻纤等;其中无碱玻纤的拉伸强度高,电绝缘性优良,在尼龙6增强改性中广泛采用。其不足之处在于采用玻纤增强尼龙6增加了材料的成本。本次试验采用无碱长玻纤与硅灰石复合增强尼龙6,研究了硅灰石/玻纤复配条件对增强尼龙6性能的影响。

材料的制备采用一步法,将干燥的尼龙6与硅灰石及其它助剂按一定比例混合均匀,送入螺杆式加料器中,由加料器将混合物料从双螺杆挤出机的**加料口加入双螺杆挤出机中,熔融,混合。长玻纤从双螺杆挤出机的第二加料口引入,在混炼过程中被切断并与来自**加料口的物料混合、均化、挤出、拉带、切粒。

3 硅灰石细度对增强尼龙6的影响

硅灰石的细度是表征其质量品级的一个主要指标,它对硅灰石在尼龙6中的增强效果产生明显的影响。表2为在相同硅灰石用量条件下,硅灰石细度对硅灰石增强尼龙6性能的影响。由表2可见,随着硅灰石细度的增加,硅灰石增强尼龙6的缺口冲击强度、拉伸强度和压缩强度均增加,突出的是150目与200目粉体,材料的各项性能显著提高,但当硅灰石的细度达到一定级别后,材料性能提高幅度减小,这是因为,在一定的细度范围内,硅灰石越细,硅灰石粒子的平均粒径越小,硅灰石在尼龙6中越易分散,而且分散均匀度越高,因而,材料的性能越好。

硅灰石的细度并非越高越好。因为,在试验过程中发现,硅灰石用量较高(>30%)时,硅灰石太细,会出现加工时下料困难、下料不均匀等工艺问题;另外,硅灰石越细,材料的成本越高。因此,在选择硅灰石细度时,应根据硅灰石在尼龙6中的用量大小来决定,低填充量时(<30%),可选择硅灰石超细粉体,而高填充量时(>30%),则宜选择中等细度的硅灰石粉体。

4 硅灰石用量对增强尼龙6的影响

表3为硅灰石用量对增强尼龙6性能的影响。由表3可见,随着硅灰石用量的增加,材料的压缩强度增加,缺口冲击强度下降,尤其是当硅灰石用量大于30%时,材料的缺口冲击强度下降幅度更大。材料的拉伸强度随硅灰石用量的不同而表现出不同的变化趋势,当硅灰石用量小于30%时,随着硅灰石用量的增加,材料的拉伸强度显著提高;而当硅灰石用量大于30%时,拉伸强度随硅灰石用量的增加而大幅度降低。这是因为,硅灰石用量过高时,混合物料的熔体粘度增大,硅灰石在尼龙中的分散性变差,硅灰石粒子易于聚集成团,使材料在微观上甚至在宏观上出现不均匀性,因而,材料性能劣化。由此可见,硅灰石的用量不宜太高,否则,材料的综合性能变差。

5 硅灰石复配玻纤对增强尼龙6的影响

由以上的试验结果可见,硅灰石增强尼龙6存在韧性与刚性平衡性差的缺点。也就是说,硅灰石增强尼龙6不能同时具有高的缺口冲击强度、拉伸强度和压缩强度。因此,单一的硅灰石增强尼龙6不能满足高韧性与高刚性材料的要求。将硅灰石与玻纤复配,对尼龙6进行双组分增强改性,充分发挥材料的协同效应,皆在提高尼龙6刚性的同时,又保证尼龙6具有较高的韧性。

单组分玻纤增强尼龙6与单组分硅灰石增强尼龙6相比,前者具有更高的冲击强度、拉伸强度和压缩强度,即具有较好的韧性-刚性性能平衡,但材料的表面相对粗糙,且存在由于玻纤取向导致材料各向异性而引起的形变;单组分硅灰石增强尼龙具有较好的外观和较小的形变。当硅灰石与玻纤的总用量不变时,随着玻纤用量的增加,材料的缺口冲击强度、拉伸强度、压缩强度增大,材料的表面变得粗糙,且形变相对较大,从材料综合性能考虑,硅灰石与玻纤配比为1∶1至1∶3较为适宜。

6 硅灰石表面性质对增强尼龙6的影响

无机增强材料与有机组分的界面结合情况是影响增强尼龙6性能的重要因素。无机增强材料与尼龙6的结构相差甚远,两相界面结合力差,而表面改性深加工硅灰石超细粉体具有较高的疏水亲有机的能力,可以改善无机材料与尼龙6的界面结合状况,使无机物在尼龙6基体中更好地均匀分散,并与尼龙6有很强的结合力。

硅灰石经偶联剂处理后,硅灰石/玻纤增强尼龙6的缺口冲击强度、拉伸强度和压缩强度均提高。这是因为,偶联剂是一类两性结构的物质,其分子中的一部分基团可与硅灰石表面的羟基反应,另一部分有机基团可与尼龙6高分子链形成物理缠绕,这样,偶联剂在硅灰石与尼龙6之间起到了类似“桥梁”的作用,使二者紧密粘结,并在二者之间形成一定厚度的柔性界面层,当材料受到外力作用时,可以通过此柔性界面层将应力由局部传递到整个物体,从而使材料的力学性能提高。另外,硅灰石与尼龙6之间的柔性界面层本身具有形变能力,在受到冲击作用时,不仅能传递能量,而且还能吸收冲击能,因此,材料的冲击强度提高较大。

7 结语

硅灰石粉体细度对增强尼龙6的性能有明显的影响,在选择硅灰石细度时,应根据硅灰石在尼龙6中的用量大小来决定,低填充量时,可选择硅灰石超细粉体,而高填充量时,则宜选择中等细度的硅灰石粉体。

硅灰石与玻纤复配对尼龙6具有明显的增强改性效果,它不仅可以大大提高尼龙6的拉伸强度和压缩强度,同时还可以提高尼龙6的缺口冲击强度。

硅灰石与玻纤配比为1∶1至1∶3时,对尼龙6的增强效果较好。在此配比范围内,硅灰石/玻纤增强尼龙6具有较好的韧性-刚性平衡性能和较好的外观。

表面改性深加工硅灰石粉体,可提高硅灰石与尼龙的界面粘结性能,从而提高硅灰石/玻纤增强尼龙6的力学性能。