尼龙的特性.docx

1、尼龙的特性碳纤维增强尼龙的特点？碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特点，与玻璃纤维相比，模量高35倍，因而是一种获得高刚性和高强度尼龙材料的优良增强材料。碳纤维复合材料可分为长（连续）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300400m到几个毫米不等。过去10年中，人们在改进不同种类的碳纤维复合材料加工方法和性能方面投入了大量的研究。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合材料及制品制作方面积累了很多成功的经验。目前普遍认为，长（连续）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特点。因此，长碳纤维复合材料在加工上完善成型工

2、艺、短碳纤维复合材料进一步提高力学性能是碳纤维复合材料发展的方向。 根据碳纤维长度、表面处理方式及用量的不同，还可以制备综合性能优异、导电性能各异的导电材料，如抗静电材料、电磁屏蔽材料、面状发热体材料、电极材料等。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各自领域性能优异的材料，其复合材料综合体现了二者的优越性，强度与刚性比未增强的尼龙高很多，高温蠕变小，热稳定性显著提高，尺寸精度好，耐磨，阻尼性优良，与玻纤增强尼龙相比有更好的综合性能，如表所示。 增强纤维碳纤维玻璃纤维30%特性测试方法15%30%40%无添加相对密度JIS K71121.201.261.321.401.14拉伸

3、强度/MPaASTM D63811718223517080(76)(116)(165)(100)(55)断裂伸长率/%ASTM D6384(6）4(4)3. 5（4）5(4.5)60(200)弯曲强度/MPaASTM D790210270330260130(101)(197)(264)(125)(65)弯曲弹性模量/MPaASTM D7909400161002200080003300(49)(106)(154)(40)(12)缺口冲击强度/(kJ/m2)ASTM D2564(7)5. 5(8)4(7)7(9)4(14)洛氏硬度（R标准）ASTM D785121(102)122(106)124(

4、118)120(113)118(100)弯曲疲劳强度（106次)/旨3ASTM D67143(30)58(43)37(20)吸水率（23，24h）%ASTM D6700.80.650.650.71.5线胀系数/(105/KASTM D6961.3/100.7/80.6/61.5/810/10成型收缩率(流动方向）/%ASTM D9550.150.050.030.291.80热变形温度（1.82MPa）/ASTM D64824825025024866热导率W/(M*K)ASTM C1770.410.520.70.350.23动摩擦因数东丽法0.070.20.360.150.23磨耗量/g/m2)

5、h东曲法试料4.011.014.015.07.0对磨材料（S45C)0.20.10.21.90.2体积电阻率/ cmASTM D2571001000101001010010171017 注：（）内为吸水时的值，无增强纤维时的含水率为2.5,含增强纤维15%、30%、40%时含水率分别为1.9%、 1.6%、1.5%;线胀系数用流动方向/垂直方向表示。 复合材料的力学性能主要与基础树脂、增强纤维性质、纤维与树脂界面的结合程度、成型挤出工艺、增强纤维的长度及分布状态有关。要想得到高强度的碳纤维增强PA66，应尽量使碳纤维保持较大的长径比，在螺杆组合得当的情况下，保证碳纤维一定的长度是有可能的，一般

6、长度分布在0.2.30mm最大长度在0.5mm。 碳纤维增强尼龙与玻璃纤维增强尼龙有很大差异。碳纤维不耐剪切，在螺杆组合设计上要保证剪切力适当，使纤维长度在要求的尺寸范围内。在熔融区要保证尼龙充分熔融，在捏合区要适当减少捏合元件，以保证碳纤维有一定的长度，才能产生较好的增强效果。在双螺杆挤出中，在保证碳纤维在尼龙基体中分散良好的前提下，应尽可能保证碳纤维有较大的长径比，以最大限度地发挥碳纤维的增强作用。 碳纤维是综合性能很全面的材料之一，其价格也较为昂贵。使用碳纤维增强尼龙，在提高尼龙的多项性能的同时，也使得制成品的成本及加工难度相应提高。因此在满足使用条件及设计余量的情况下，碳纤维有一经济加

7、入量。通过实验，发现碳纤维加入量与制成的复合材料力学性能之间存在着图所示的半定量关系。 碳纤维增强PA66和纯PA66的剪切应力随剪切速率的提高而增大，在应力相同的情况下，碳纤维增强PA66的剪切速率大于纯PA66的剪切速率。由于在碳纤维增强PA66中，碳纤维相当于固体粒子，在一定的剪切应力下有流动滞后作用，从而表现出剪切速率比纯PA66的要大。纯PA66的表观黏度随剪切速率增加而减小，表现为假塑性特征。碳纤维与PA66分子间容易产生界面滑移，因而熔体黏度比纯PA66低。但是，随着剪切速率的增大，一方面，固体粒子的流动滞后作用变得明显，另一方面，碳纤维的粒子尺寸受应力作用而变小，粒子数增加，从

8、而使得表观黏度增加，这对加工不利。所以在制备碳纤维增强尼龙时要注意这一点。 碳纤维/尼龙复合材料具备了代替金属的优异性能，且质轻高韧，易于加工，其应用范围几乎涉及国民经济的各个领域。 1.汽车工业碳纤维增强尼龙复合材料广泛应用于汽车工业，这主要是因为上述材料的耐油性、耐磨性和抗蠕变性极佳，代替传统的金属材料时具有重量轻的优势。包括PA66在内的多种工程塑料被碳纤维增强后正逐渐取代早先汽车用金属压铸构件，如燃料箱等。在美国、西欧和日本，尼龙几乎用于汽车的所有部位，如发动机部位、电气部位和车体部位。碳纤维增强尼龙复合材料具有较强的耐疲劳能力，这种特性使其应用于汽车内燃机同步驱动齿轮的制造。德国重型

9、柴油机就使用了这种材料制造齿轮、管接头等零件。 2.国防工业美国印第安纳Wikon-Fiberfil公司开发了含碳纤维40%的PA66复合材料，牌号为NylamM1501，其性能超过目前使用的其它高强度材料。这种材料可代替金属，主要用于国防与宇航领域。美国MX导弹使用40%碳纤维增强PA66代替铝合金制造导弹发动机部件。英国亨廷公司开发的火箭筒的筒体大部分为碳纤维增强尼龙制造，两节型的发射筒用长纤维卷绕法制造，箭弹弹尾也由上述材料制成。 3.航空航天美国比奇飞机公司研制的双发小型公务机，其主机翼、鸭翼、稳定翼、短舱等70%的部分使用了碳纤维增强/环氧/尼龙材料，新材料比传统的铝材轻19%，这对

10、提高速度、节省燃料极其有利。美国LNP公司使用碳纤维增强PA612制造波音757飞机发动机上的一些部件。他们用碳纤维加入量40%的PA612注射成型尺寸为20.32cm30.48cm、厚度为0.0381cm的发动机气窗部件，有效使用期达20年以上，具有良好的经济性和长效性。目前，波音公司正在用其制造民用飞机的机舱。 4.文体用品日本Osaka公司计划使用反应式注射方式生产尼龙/长碳纤维复合材料以满足生产文体用品的要求。具体做法是：先使尼龙单体与预先放置的连续纤维进行混合，注射成型时再引发聚合使其成型。此方式适用于制造薄壁型产品。该公司计划使用其制造网球拍和高尔夫球棒，也可用其制造头盔、汽车防撞

11、杠和机器人手臂等。玻璃纤维增强尼龙的特点？用高强度纤维与树脂配合后能提高基体的物理力学性能，其增强效果主要依赖于纤维材料与基体的牢固粘接，使塑料所受负荷能转移到高强度纤维上，并将负荷由局部传递到较大范围甚至于整个物体。典型的增强纤维有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维和钛酸钾、氧化锌等晶须。采用纤维增强尼龙可以成倍提高尼龙的强度，大幅度提高其热变形温度，是制造高强度耐热尼龙的有效途径。表是玻纤增强型PA6与纯PA6的性能对比。 性 能ASTM试验方法PA6GF30%增强PA6拉伸强度/MPaD57074160断裂伸长率/%D6382005弯曲强度/MPaD790125240弯曲模量/MPaD79026

12、007500缺口冲击强度/（J/m)D25656110玻璃纤维增强尼龙生产工艺有两种，一是短纤法，即短玻璃纤维与尼龙经混合后挤出造粒。另一种是长纤法，玻纤与尼龙从不同的位置进入双螺杆挤出机：尼龙与助剂混合后加入料斗，玻璃纤维则从玻纤人口处通过螺杆转动将其连续带入螺杆。 玻璃纤维增强尼龙材料是较为常用的纤维增强改性方法。玻璃纤维具有高强度、耐候、耐热、绝缘性好等特点，与其它纤维相比较，玻璃纤维的价格低廉，是廉价髙性能增强材料。玻璃纤维的化学组成为：Si0252.4%、(CaO+MgO)21.4%、(Al203+Fe203)14.4%、(B2O3+BaO)4.3%,(Na20+K20)0.8%，密

13、度2.54g/cm3，拉伸强度3000MPa，拉伸模量7.5X103MPa。一般采用含碱金属氧化物在2%以下的无碱玻纤。玻纤组成不同，强度和模量也不相同。如直径为5m的纤维，无碱玻纤的抗张强度为2000MPa，而中碱玻纤（含碱金属氧化物6%12%)抗张强度只有1600MPa。玻纤强度还与长度、直径有关，如在同样直径情况下，长度分别为5mm、90mm时,拉伸强度分别为1500MPa、760MPa。而在同样长度情况下，直径分别为12.5m，5m时，拉伸强度分别为1200MPa，2500MPa。玻纤在增强塑料中的分散形式有平行排列、相互垂直、杂乱排列、织物形状排布等，对制品的力学性能都有很大影响。玻

14、纤含量对塑料制品的力学性能也有很大影响。玻纤与基体树脂界面粘接情况，对玻纤增强塑料的影响最为重要。若界面粘接不好，玻纤就发挥不了增强作用，因此常用偶联剂处理玻纤表面，以此提高玻纤的增强效果。一般选用无碱玻纤作为增强材料，其电绝缘性好，力学强度高，水解度低，耐水、耐弱碱性好。 1.玻璃纤维增强尼龙的作用机理在共混过程中，玻璃纤维在螺杆挤出机的高剪切作用下，被切成一定长度的纤维，并均匀地分布在PA基体树脂中。混合挤出过程中，玻璃纤维会沿轴向方向产生一定程度的取向，当制品受外力作用时，从基体传到玻璃纤维，力的作用方向发生变化，即沿着纤维取向的方向传递。这种传递作用，在一定程度上起到力的分散作用。换言

15、之，即为能量的分散作用，从而增强了材料承受外力作用的能力。在宏观上，显示出材料的弯曲强度、拉伸强度等力学性能的大幅度提高。 2.玻璃纤维增强尼龙生产的主要控制因素在制备过程中，玻璃纤维的分散、玻璃纤维与尼龙基料的粘接、玻璃纤维尺寸及分布、各种助剂的正确应用、工艺条件的调整、螺杆组合及转速的控制等因素均会影响产品性能。 玻璃纤维单纤的直径对增强PA的力学性能有较大的影响。一般来说，玻璃纤维直径控制在1020m范围内，玻璃纤维直径太粗，与PA的粘接性就差，引起产品力学性能下降。玻璃纤维太细时，易被螺杆剪切成细微粉末，从而失去纤维的增强作用。纤维直径对增强PA66力学性能的影响见表。 性能玻纤长度/

16、m471013拉伸强度/MPa154.7157160.2164.4弯曲强度/MPa195.4225222.8242.8弯曲弹性模量/GPa8.9110.2210.8211.22缺口冲击强度/(kJ/m2)13.71516.117.5纤维长度是决定纤维增强复合材料的又一主要因素。玻纤长度对复合材料拉伸强度的贡献可以从两个方面来理解：一方面是在玻纤长度小于临界长度的情况下，随着玻纤长度的增加，玻纤与树脂的界面面积增大，复合材料断裂时，玻纤从树脂中抽出的阻力加大，从而提高了承受拉伸载荷的能力。另一方面，玻纤长度的增加可使部分玻纤的长度达到临界长度。当复合材料断裂时伴随着更多玻纤的断裂，同样使承受拉伸

17、载荷的能力提高。在承受弯曲载荷的情况下，复合材料承载而受压、继而受拉。弯曲性能对玻纤长度的依赖关系与拉伸性能的情形基本一致。在冲击载荷作用下，较长玻纤的抽出或断裂可吸收大量冲击能，从而使复合材料的冲击强度明显提高。长玻纤比短玻纤具有更佳的增强效果，拓宽了PA6在汽车、机械、电器和军工领域内的应用。采用熔体浸渍工艺制备了长玻纤增强PA6料，性能见表所示。由表4可以看出，长玻纤增强尼龙复合材料的力学性能明显优于短玻纤尼龙复合材料。 性 能玻璃纤维直径/m101315拉伸强度/MPa207189182断裂伸长率/%3.33.02.8弯曲强度/MPa291271262弯曲弹性模量/GPa4.08.78

18、.6缺口悬臂梁冲击强度/(kJ/m2)11.111.912.5无缺口悬臂梁冲击强度/(kJ/m2)816761一般来说，玻璃纤维含量越高，尼龙的力学性能越高，近年来，市场上出现的一些高刚性尼龙，就是玻璃纤维含量高的增强尼龙，最高含量可达到60%。但实际生产中应根据市场需要来确定玻璃纤维的含量。玻璃纤维含量太高时，对设备的磨损更严重，缩短螺杆的使用寿命。另外，玻璃纤维含量对熔体流动性能有较大影响。随着玻璃纤维含量的增加，产品的流动性下降，因而为成型加工带来一定的不利影响，对于大型、复杂结构的制件必须考虑如何保证物料加工的流动性，同时，还应改变加工工艺，以满足制品的要求。玻纤含量太大时，材料的冲击

19、韧性下降，材料变脆，影响其使用。 在玻纤增强尼龙生产中，玻纤在树脂基体中均匀分散与粘接对产品性能影响很大，在挤出过程中，玻纤的分散主要通过双螺杆的剪切混合作用实现。所以，双螺杆挤出机剪切元件的尺寸、组合形式至关重要。对双螺杆组合进行调整，安装一些捏合块，提供必要的剪切作用和捏合作用是十分重要的。除了螺杆组合外，选择不同的螺杆转速也能实现不同的剪切混合效果。螺杆转速的高低，间接的反映了熔体在螺杆中的停留时间，熔体停留时间的长短直接影响基料的熔融塑化效果及 切作用小导致玻璃纤维分散不均匀，物料不能得到充分塑化混合，使得增强尼龙性能不均匀；螺杆速度太高，剪切混合作用虽然得到增强，但会产生大量摩擦热，

20、使得基料及部分助剂发生热分解，影响产品质量。螺杆转速设定原则是：a.低玻璃纤维含量时，可适度提高转速；b.高玻璃纤维含量时，应采用中低转速；c.对于阻燃增强，由于阻燃剂易产生热分解，宜采用低转速。 根据玻璃纤维含量及基料相对分子质量不同，采用适当的共混挤出温度。如挤出温度低，玻璃纤维的包裹效果差，玻璃纤维外露，制品表面粗糙，脆性大；挤出温度高，则易造成基体氧化分解，使产品力学性能差。玻纤含量小时，挤出温度可选择在熔点附近，玻璃纤维含量高时，应高于熔点。 玻纤与基体之间的结合力起着控制聚合物复合材料力学性能的重要作用，并主要受玻纤表面处理的影响。偶联剂是某些具有特定基团的化合物，它能通过化学或物

21、理作用将两种性质差异很大的材料结合起来。硅烷偶联剂在玻纤表面的应用能起到改善结合力的作用，玻纤表面经有机化处理后，增强了玻纤与尼龙间的粘接力，提高了产品的力学性能。一般来讲，要根据基料性能采用不同的偶联剂，同时要求在挤出温度下不分解、不挥发的偶联剂。适合尼龙用的硅烷偶联剂有KH-550、KH-560、KH-570等，这类偶联剂作为玻璃纤维的表面处理剂很合适，因分子中含有氨基、羰基、羧基或环氧基团，与尼龙有较好的相容性。对于不同熔点的尼龙，应使用不同的偶联剂。PA6、PA1010、PA12、PAll、PA610等可用KH-550，而高熔点PA66、PA46等用KH-560或KH-570为好。通过

22、对比实验表明，用A1100偶联剂处理的玻纤较比用A187及其它偶联剂处理的玻纤增强效果好。A1100的结构式为NH2-CH2-CH2-Si-(OC2H5)3,它的垸氧基通过水解成硅羟基而相互缩聚，同时与玻纤中的硅羟基发生缩聚。A1100中的氨基又能够在尼龙聚合过程中，与酰亚胺结构中的羧基相连接，于是A1100通过化学键将玻纤和基体结合起来，在玻纤和基体之间形成一层具有一定结合强度的界面，从而将基体所受载荷传递给纤维，发挥纤维的增强作用。阻燃尼龙的特性及影晌因素？在尼龙树脂中加入阻燃剂，较好地解决了尼龙易燃烧的缺点，扩大了在电气、电子、电器行业的应用。从性能特征上讲，阻燃尼龙与纯尼龙有以下几方面

23、的变化： 1.力学性能普遍下降不管是添加哪种阻燃剂都对尼龙力学性能产生影响，但红磷、氮系阻燃尼龙相对好一些。对于用作结构部件来说，阻燃增强尼龙可以满足需要； 2.加工流动性能有所提高添加低分子化合物对提高尼龙的加工流动性有一定积极作用。特别是在添加合适的分散剂的情况下，材料的流动性得到较大的改善。值得一提的是氮系阻燃尼龙流动性特别优良； 3.耐热性有所改变，溴系阻燃尼龙的耐热性较纯尼龙有所下降。当然，通过添加适当的抗氧剂可以弥补这一缺陷。此外，在成型加工过程中，尽可能降低其加工温度，避免材料的热氧老化问题； 4.耐摩擦性能下降，加入阻燃剂后会使尼龙的耐摩擦性能下降。所以，阻燃尼龙一般不适合用作

24、耐磨材料。 阻燃剂的加入对产品力学性能有较大影响，由于阻燃剂大多数是低分子化合物，与尼龙的相容性较差。因此，阻燃剂的加入会降低尼龙的力学性能。随着阻燃剂用量的增加，阻燃PA6、阻燃PA66的冲击强度和弯曲强度呈下降趋势。阻燃尼龙中阻燃剂分散均匀与否，对阻燃效果有一定影响。通过表面处理的办法，可提高阻燃剂与尼龙基体间的粘接与分散性。有利于减少阻燃剂用量，既可降低生产成本，又能提高产品力学性能。 适用于尼龙的阻燃剂主要有有机卤化物、磷化物和氮化物，此外还有锑化物、硼化物等无机阻燃剂。考虑到无机阻燃剂对材料力学性能的影响较大，所以选择卤化物、磷化物和氮化物作为玻纤增强PA66的阻燃剂，它们的阻燃效果

25、见表4-34。由表4-34可知，加入卤系阻燃剂可得到较高阻燃等级和较高的氧指数；较少量的红磷也可达到同样的阻燃效果；而氮系阻燃剂的阻燃效果却不如卤化物和红磷，这是因为氮化物能促使PA66滴落。因此在选择使用何种阻燃剂时，要考虑到它们对产品的阻燃效果。 表几种阻燃剂对玻纤增强PA66的阻燃效果阻燃体系拉伸强度/MPa缺口冲击强度/(kJ/m2)无16411红磷1607溴化物1605.7氯化物1173.8表列出用不同阻燃剂阻燃的玻纤增强PA66的力学性能。由表可见，玻纤增强PA66中加入几种阻燃剂后其力学性能均下降，其中加入红磷的玻纤增强PA66因加入量较少而其力学性能下降幅度也小，溴化物阻燃的玻

26、纤增强PA66也保留了较高的拉伸强度和冲击强度；而氯化物阻燃的玻纤增强PA66的力学性能下降幅度较大。所以当对材料的力学性能要求较髙时，应选择红磷和溴化物为阻燃剂。也就是说，在实际生产中，要选择合适的阻燃剂来满足不同尼龙阻燃制品的力学性能要求。 表不同阻燃剂阻燃的玻纤增强PA66的力学性能 阻燃体系阻燃剂用量/%氧指数燃烧性氯化物1535V-O溴化物1529V-O红磷7.531V-O氯化物1526HB3028.9V-O就单一阻燃剂来说，要达到V-0级，红磷的用量约5%7%，溴系阻燃剂用量在15%17%，协效剂Sb2O3用量在5%8%，氮系阻燃剂只能达到V-2级。而这三种阻燃剂复合，可使用量减少

27、，说明三者之间存在一定的协同作用（见表)。PA66的分解温度较高，多采用热稳定性较好的芳香族溴系阻燃剂，其中十溴二苯醚阻燃效率较高且成本较低，但容易渗析到材料表面，起霜现象严重。采用十溴二苯乙垸可改善这一不足。PA66燃烧有滴落现象，添加适量的蒙脱土可起到明显的抗滴落作用。根据复配体系中组分的不同含量设计配方，测试试样的OI，如表所示。由表可以看出，添加20%磷酸三苯酯阻燃效果并不佳，第2组添加含溴阻燃剂与Sb2O3的复配体系，OI增加到28。很明显，磷、溴、锑三种元素复配阻燃效果最佳，三者间可能发生一定的协同作用，且添加量大，阻燃效果明显，OI最高达到33.6，达到UL94V-0级（1.6m

28、m)。但添加十溴二苯乙烷的配方生成一定的黑烟且存在滴落现象，Sb2O3的加入可改善这一缺点，有一定的抑烟作用，滴落变得不明显。6和7配方中引入磷-无机体系，目的在于改善PA66燃烧过程中产生的黑烟。添加TPP、Mg(OH)2、纳米蒙脱土后发现燃烧时几乎看不到黑烟，OI提高了6.7，同样达到UL94V-0级（1.6mm)。合阻燃体系的阻燃效果填充增强尼龙的特性？尼龙树脂因填料而引起的补强效果，取决于填料的粒径、形状（针状、片状、球状）、长径比和表面处理剂。在选择填料时，除上述因素外，填料的耐热性、耐药品性和电气特性等也应加以考虑。目前市售的填料增强尼龙，以低翘曲、低线膨胀系数、表面改性和赋予电镀

29、性等性能提高为目的。不仅单独使用填料，而且与玻璃纤维合并使用，即是所谓的混杂化(hybrid)增强。填充增强尼龙的主要特征是刚性高、成型收缩小、硬度大、成本低，其主要性能见表。 项目云母/PASCM1001R(日Taray)A30301N(尤尼吉卡）无机填料含量/%403030密度/(g/cm3)1.501.511.38拉伸强度/MPa110.088.380.4断裂伸长率/%2.04.07.0弯曲强度/MPa170.0142.0127.0弯曲弹性模量/MPa520058804410悬臂梁冲击强度（缺口）/(J/m）30.034.224.4热变形温度（1.82MPa）/190.0150.0120.0收缩率/%0.60.70.81.00.91.1 性质玻璃纤维/高岭土混杂增强PA66滑石粉增强PA6干态相对湿度50%拉伸强度/MPa90998633断裂伸长率/%4.3310弯曲强度/MPa14.71510920弯曲模量/MPa80007380042200悬臂梁冲击强度/(J/m)缺口333238无缺口620热变形温度/0.