短切玻纤增强尼龙12T复合材料的制备及性能研究

摘要

尼龙12T（PA12T）是近年来开发出的一种新型耐高温材料，与脂肪族尼龙相比，具有更高的力学强度，较好的耐热性和较低的吸湿性，广泛应用于汽车及电子电器行业中。玻纤廉价易得，采用玻纤增强尼龙类热塑性树脂已具有丰富的理论基础和技术支撑。随着PA12T产业化程度提高，玻纤增强PA12T复合材料的制备及性能研究有着重要研究价值。 本课题以 PA12T作为基体树脂，以市售玻璃纤维为增强纤维，采用熔融挤出方法，制备了不同玻纤品种、玻纤含量的尼龙 12T/短切玻璃纤维复合材料（PA12T/SGF），并对其力学性能、热性能、动态力学性能、热氧老化性能、玻纤在基体中的分散情况以及玻纤与树脂界面进行了分析研究。主要研究内容和结果如下： （1）研究了玻纤添加量对PA12T/SGF复合材料力学性能、加工性能、热性能的影响。结果表明：随玻纤含量的增加，复合材料的力学强度提高。当玻纤含量为30%时，与PA12T纯料相比，拉伸强度提高了2.17倍，弯曲强度提高了3.12倍，缺口冲击强度提高了2.02倍，邵氏硬度略有提高；动态力学研究发现，玻纤含量的增加，复合材料的储能模量提高，刚性增大，α 转变峰向高温移动；随着玻纤含量增大、熔体流动速率降低，高玻纤含量加工性能下降；玻纤加入使热变形温度升高；玻纤含量为30%时，其热变形温度提高到249℃，较PA12T基体树脂提高了113℃。 （2）用 TG、DSC 等手段对复合材料的热性能、结晶能力和界面粘结情况等进行了分析表征。结果表明：随玻纤含量的增加，热分解温度上升，当玻纤含量为40%时，初始分解温度由384℃提高到396℃；玻纤加入，使PA12T的结晶温度由271.1℃提高到274.6℃，玻纤具有诱导PA12T结晶作用。 （3）对复合材料耐水热性和耐热氧老化性进行了研究。结果表明，随玻纤含量的增加，复合材料吸水后的拉伸强度下降，但都保持在 83%以上；吸湿试样烘干后，强度有所恢复，保持率在89%以上。在160℃标准热氧老化实验条件下老化实验，结果表明，随着老化时间延长，材料强度下降；随着纤维含量增大，拉伸强度保持率先增大后减少。 （4）考察了分散润滑剂（TAF）、增韧剂POE-g-MAH的加入对复合材料力学性能影响。结果表明，随着POE-g-MAH的加入量提高，复合材料的拉伸强度、弯曲强度降低，冲击强度提高；随着TAF的加入，复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度均先提高后降低。扫描电镜（SEM）观察复合材料的缺口冲击断面形貌，发现 TAF、POE-g-MAH的加入，能够改善复合材料中 PA12T 基体树脂与玻纤的界面粘结。 （5）考察了PA12T分子量和玻纤种类对复合材料的性能的影响。结果表明，随树脂相对粘度的增大，复合材料的拉伸强度先增大后降低，弯曲强度、缺口冲击强度和硬度增大。玻纤长度较长时，成型难度增大，材料性能较差；玻纤表面经含-NH2表面处理剂后，其复合材料的力学强度和耐水性较其他处理剂处理的增强效果好。

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