影响制备高性能玻纤增强PA66复合材料的主要因素有哪些？

2022-06-07 14:12 已解决

玻璃纤维的长度
纤维增强时，纤维的长度是决定纤维增强复合材料的主要因素之一。在普通的短纤维增强热塑性塑料中，纤维长度仅为（0.2~0.6）mm，这样当材料受力破坏时,由于纤维的长度较短，使得其强度基本上没有得到利用，而采用纤维增强尼龙的目的就是利用纤维的高刚性和高强度来提高尼龙的力学性能，因此纤维长度对制品的力学性能有着及其重要的作用。与短玻纤增强方式相比，长玻纤增强尼龙的模量、强度、耐蠕变性、耐疲劳性、耐冲击性及耐热性、耐磨性等均得到提高，拓宽了其在汽车、电器、机械和军工等领域内的应用。

玻璃纤维的表面处理
玻纤与基体之间的结合力是影响复合材料力学性能的又一重要因素。玻纤增强聚合物只有形成有效的界面粘结时才能具有良好的性能。对玻纤增强热固性树脂或极性热塑性树脂复合材料，可采用偶联剂对玻纤表面进行处理，使树脂与玻纤表面形成化学键，从而获得有效的界面粘结。

玻璃纤维在尼龙基体中的保留长度
人们对玻纤增强热塑性树脂的混合及制品成型工艺进行了大量的研究，发现制品中玻纤的长度始终被限制在1mm以内，与初始纤维长度相比大幅度下降。然后又对加工过程中纤维断裂的现象进行了研究，发现加工工艺条件和其它各种因素对纤维断裂都有影响。

设备因素
在螺杆及喷嘴的设计中应避免过窄以及结构上的突变，流道如果过窄的话会影响到玻纤的自由运动，而产生剪切作用造成断裂；结构上如果有突变的话也极易产生额外的应力集中而破坏玻纤。

工艺因素
1、料筒温度
加工增强粒料时采用的温度范围要在280°C以上。这是因为，当温度较高时，熔体的粘度将大大降低，使得作用在纤维上的剪切力大大减小，玻纤的断裂主要发生在挤出机的熔融段，在加纤口加入玻纤，因玻纤是加到已经熔融的聚合物中，熔体与玻纤混合后把玻纤包起来，起到润滑保护作用。这就减少了纤维的过度折断和螺杆、机筒的磨损，并且有利于玻纤在熔体中的分散和分布。

2、模具温度
模具中玻纤破坏的机理主要在于模具的温度与熔体温度相比要低的多，熔体流入型腔后，在内壁上立即形成一冻结层，且随着熔体的不断冷却，冻结层的厚度不断增加，以致于中间自由流动层越来越小，熔体中部分玻纤一头粘附在冻结层上另一头仍随着熔体流动，从而对玻纤形成了很大的剪切力进而导致断裂。冻结层的厚度或者说自由流动层的大小将直接影响到熔体的流动及剪切力的大小，进而影响到玻纤被破坏的程度。冻结层的厚度随着离开浇口的距离出现先增加后降低的现象。只有在中部，冻结层厚度随时间而增加。所以在型腔的末端，纤维的长度又会恢复到较长的水平。

3、螺杆转速对玻纤长度的影响
螺杆转速的提高将直接导致作用在玻纤上的剪切应力的提高，而另一方面螺杆转速的提高又可加快聚合物的塑化过程，降低熔体粘度，减少作用于纤维上的应力，这是因为双螺杆提供了熔融所需的大部分能量。所以螺杆转速对纤维长度的影响存在相反的两个方面。

4、玻纤的加入位置和方式
聚合物熔融挤出时，一般是共混均匀后，统一在第一加料口加入，但是玻纤增强尼龙熔融挤出的过程中，需采用聚合物在第一加料口加入，待其熔融塑化后，再将玻纤在下游加料口加入，即采用后续加料。这是因为，如果把玻纤和固态聚合物都由第一加料口加入，会造成在固体输送过程中玻纤过度折断，螺杆和机简内表面也因与玻纤直接接触而造成设备严重磨损。