尼龙复合材料力学性能的影响 2.pdf

表面处理对玻璃纤维／ 尼龙复合材料力学性能的影响 张士华1，米成2，陈光1，崔 崇1，顾金萍1 (1南京理工大学材料科学与工程系，南京210094； 2铜陵恒发电力实业总公司，铜陵244012) 摘要通过试验研究发现，硅烷耦联剂KH550对玻璃纤维增强MC尼龙存在最佳值，KH550最佳含量为0．2％， 此时，弯曲强度提高了35．8％，拉伸强度提高了46．6％；表面处理对玻纤增强MC尼龙复合材料起着至关重要的作 用，不进行耦联处理时，玻纤／尼龙界面为薄弱环节，加入玻纤形成的玻纤／尼龙界面相当于缺陷，而使MC尼龙的 弯曲强度降低了28．3％，拉伸强度降低了27．4％；试验结果表明，耦联剂KH550质量与处理的玻璃纤维质量之间 符合关系式：W=里掣。 02 关键词耦联剂；玻璃纤维；表面处理；尼龙 铸型尼龙又称单体浇铸尼龙，简称MC尼龙，是优良的工程塑料之一。除具有尼龙的共性外，还具有聚 合温度低、工艺简单、结晶度高、分子量大且分布均匀、密度小、力学性能好、减震耐磨、自润滑、耐腐蚀、使用 温度范围宽等优点。但普通MC尼龙存在低温韧性较差、尺寸稳定性不好等缺点。为此，国内外在MC尼龙 增强、增韧、减摩、抗静电方面的研究比较活跃¨t2j，包括采用玻璃纤维增强。 复合材料的性能在很大程度上取决于增强体和基体之间界面结合的好坏。用耦联剂进行表面处理就是 通过化学或物理的作用将两种性质差异很大的原来不易结合的材料牢固结合起来¨J。用耦联剂处理玻璃 纤维表面既保护纤维不受磨损，也为玻璃纤维与聚合物基体间的粘结提供良好的界面MJ，从而达到提高玻 璃纤维增强MC尼龙复合材料性能的目的。迄今为止，玻璃纤维增强MC尼龙复合材料的研究已较多b’61， 但就玻璃纤维表面处理对MC尼龙复合材料力学性能影响的研究尚不够系统。本文旨在考察耦联剂处理玻 璃纤维表面对MC尼龙复合材料力学性能影响规律的基础上，探讨玻纤表面处理对玻璃纤维增强MC尼龙 复合材料(GFRMCN)力学性能的影响原因与机制。 1 试验方法 1．1主要原料和设备 试验用己内酰胺，中国石化股份公司巴陵分公司生产；氢氧化钠，上海化学试剂有限公司生产；聚异氢酸 酯胶(JQ-6胶)，大连市金州区黏胶剂厂生产；无碱玻璃纤维，lOO且，南京玻璃纤维研究设计院生产；硅烷耦 联剂KH-550，南京市东凯精细化工厂生产。 旋片式真空泵，中国临海市精工真空设备厂生产，型号为2XZ-4；电热恒温鼓风干燥箱，上海恒三仪器有 日本FEI公司生产，型号为Quanta200。 基金项目：国家“863”计划重大专项资助课题(2002AA2ZAl41)。 作者简介：张士华(1976一)，女，讲师。主要从事陶瓷材料和复合材料的研究。E—mail：shzhang@mail．njust．edu．∞。 ·5021 1．2试验过程 将己内酰胺单体融化后加热抽真空脱水，保持温度为130—140℃左右，一段时间后加入定量的NaOH 和预热的玻璃纤维，搅拌均匀后继续加热抽真空，温度为130～1400C，沸腾结束后停止抽真空加热，加入定 量的助催化剂列克纳胶，浇铸聚合，固化后随炉冷却，脱模。即制得玻璃纤维增强MC尼龙复合材料。 在制备复合材料过程中，玻璃纤维需预先进行表面处理。将一定量KH-550溶于无水乙醇中形成溶液， 再加入定量的玻璃纤维，混合均匀，30分钟后于120℃烘干，经研磨，100目过筛，以备用。 本文讨论在保持玻璃纤维含量为30％(质量分数)不变的情况下，改变耦联剂含量对复合材料力学性能 的影响。制备的试样拉伸强度按GBl447-83测试；弯曲强度按GBl449-83测试。 2结果与讨论 2．1 不同耦联剂对复合材料力学性能的影响 量的30％，处理玻纤时耦联剂质量均为玻纤质量的0．2％用无水乙醇浸润处理。 表1不同耦联剂处理的复合材料力学性能 量提高了72％，拉伸强度提高了46％，弹性模量提高了88％，无缺口冲击强度提高了4l％，硬度提高了9％， 各项性能相较于纯MC尼龙都有了很大的提高；经KH-570处理的玻璃纤维改性的MC尼龙试样，其弹性模 量、弯曲模量和硬度都有一定程度的提高，而拉伸强度、弯曲强度和无缺口冲击强度相较于纯尼龙试样都有 不同程度的降低。 由此可见，在尼龙基体