碳纤维增强PA66复合材料新工艺的开发
摘 要：传统工艺碳纤维增加PA66复合材料批次间有差异、产品理化性能不稳定、工艺能耗高，而本生产工艺工序简洁，能耗少，成本低，生产效率高。 关键词：碳纤维增强 尼龙66复合材料 力学性能 尼龙66本身虽是性能优异的工程塑料，但吸湿性大，制品尺寸稳定性差，强度与硬度也远远不如金属，为了克服这些缺点，早在七十年代以前，人们就采用碳纤维或其它品种的纤维进行增强以改善其性能。用碳纤维增强尼龙材料近年来发展很快，因为尼龙和碳纤维都是工程塑料领域性能优异的材料，二者复合综合体现了各自的优点，强度与刚性比未增强的尼龙高很多，蠕变小，尺寸精度好，热稳定性显著提高，耐磨，阻尼性优良，与玻纤增强相比有更好的性能[1，2]。 碳纤维增强尼龙66复合材料制备的传统工艺一般都是将经过处理的碳纤维与尼龙66原生粒经螺杆进行挤出造粒，然后再通过二次加工型（注塑成型、层压成型等）制得所需产品[3]。传统工艺中的造粒过程都是采用分批进料（尼龙66粒子和碳纤维），批次差异无法克服，直接导致产品质量不均匀，物性指标低；又因传统工程塑料改性加工技术的原料为颗粒状，改性生产必须经过将固态转化为熔融态的再熔融过程，能耗及生产成本相对较高，同时再熔融过程为高温降解过程，产品理化性能必然会受到影响，降低产品质量。而本生产工艺是在尼龙66聚合的过程中加入碳纤维，有效降低尼龙66在二次熔融的过程高温氧化的风险，生产工序简洁，能耗少，成本低。 一、实验部分 1.实验仪器与试剂 尼龙66盐溶液，为工业级，自制；抗氧化剂，分析纯，科莱恩化工；光稳定剂，分析纯，科莱恩化工；碳纤维，工业级，上海英嘉特种纤维材料有限公司。 真空干燥箱，DZX-3型（6020B）， 上海福玛试验设备有限公司；万能试验机，CMT4204型，美特斯工业系统（中国）有限公司；万能制样机，WZY—240，承德科承试验机公司；塑料摆锤冲击试验机，ZBC1251-B型，美特斯工业系统（中国）有限公司。 2.工艺流程 在尼龙66连续聚合生产过程中，将经过真空干燥除水后的碳纤维经上料装置，连续送入螺杆挤出机喂料口，然后经造粒系统造粒，得到碳纤维增强尼龙66粒子，最后再经干燥除水，通过注塑机制备出所需样条。 3.力学性能测试 拉伸性能的测试标准按GB/T1040.2-2006进行，环境温度为23±2℃、相对湿度为50±5%，样品为哑铃状，采用电子式万能试验机检测拉伸强度，拉伸速率为5mm/min，采样5次进行测试，结果取平均值。 冲击强度的测试标准按ISO179进行，环境温度为23±2℃、相对湿度为50±5%，采用塑料摆锤冲击试验机进行缺口悬臂梁抗冲击测试，采样5次进行测试，结果取平均值。 弯曲性能的测试标准按GB/T9341-2000进行，测试环境温度为23±2℃、相对湿度为50±5%，采用万能试验机检测弯曲强度，采样5次进行测试，结果取平均值。 二、结果与讨论 三、结论 本文通过新工艺制得碳纤维增强尼龙66复合材料的力学性能达到传统工艺制得复合材料的力学性能，并且与传统工艺相比，此工艺简单，能耗低、生产效率高，成本低，装置运行稳定可靠，一次造粒最大限度的保持了尼龙66树脂的新鲜度。 参考文献 [1] 张淑芳. 增强增韧尼龙材料[J]. 工程塑料应用， 1991， 2：51. [2] 王有槐. 聚酰胺工程塑料的发展[J]. 工程塑料应用， 1993， 2：52. [3] 温变英，李迎春，张学东. 尼龙/碳纤维复合材料的研究进展[J]. 新型碳材料， 1997， 12（3）：17-21. 作者简介：李亚情，女，1982年，学历本科，研发工程师，研究方向：尼龙66聚合改性与加工。