PA 因其優 異 的 綜 合 性 能 廣 泛 用 于 汽 車、航 天 航空、通用機械、電子電氣、儀器儀表、家用電器及辦公儀 器等領域。但 PA 材料在使用過程中,因 PA 分子鏈中 酰胺基團具有 較 強 的 極 性,容易與環境中的水分子形 成牢固的氫鍵,產生吸濕膨脹,同時內應力釋放收縮 等因素容易導致產品尺寸發生變化,從而影響使用。
PA6,2400,廣東新會美達錦綸股份有限公司; 玻璃纖維,ERS200-13-T635B,泰 山 玻 璃 纖 維 有 限 公司; 成核劑,P22,德國布呂格曼化工公司; 抗氧劑,1010,德國巴斯夫公司; 抗氧劑,168,德國巴斯夫公司; 硅油,1000,重慶佰士多化工有限公司。
高速混合機,SHR-10A,張家港市曙光機械廠; 同向雙螺桿擠 出 機,SHJ-36B,南 京 鴻 銘 擠 出 設 備 有限公司; 塑料注射成型機,HDX50,寧波市海達塑料機械有 限公司; 高低溫濕熱三氣試驗箱,HUT-705P,重慶哈丁科技有限公司; 差示掃描量熱儀(DSC),STA409PC,美 國TA公司。
將 PA6(70 份)、成核劑(0、0.10、0.30、0.50、0.70 份)、抗氧劑1010(0.20 份)、抗 氧 劑168(0.20 份)、硅 油(0.05 份)加入高速捏合機中混合均勻,然后加入同 向雙螺桿中,在第三段出加入連續玻璃纖維(30 份),經 熔融、共混、擠出、牽引、造粒得到玻璃纖維增強PA6材 料;從擠出機加料口到機頭各段溫度依次為220、230、 240、240、240、240、240、240、230、230 ℃,螺 桿 轉 速 為 300r/min; 將上述玻璃 纖 維 增 強 PA6材 料 在110 ℃下 干 燥4h,注射成型為待測試樣,其中注塑溫度從下料 口到噴嘴溫度 依 次 為220、230、240、250 ℃,連 續 成 型 10模,留最后5模,所有試樣均采取相同注射溫度、壓 力、速度。
環境試驗:在25 ℃室 溫 下,將 注 塑 試 樣 放 入 棕 色 干燥器中調節24h后,快速取出測試其流動方向上、垂 直流動方向上 的 尺 寸 和 質 量 作 為 原 始 數 據;需 熱 處 理 的試樣放入140℃烘箱中熱處理24h后放入棕色干燥 器中調節24h,快速取出測試試樣的流動方向、垂直流 動方向上的尺寸和質量作為熱處理后的數據。然后將 未熱處理和熱 處 理 的 試 樣 放 置 在25 ℃室 溫 下 不 同 濕 度環境中,按 照2、6、12、24、36、72、180d時 間 間 隔 取 樣,快速取出,擦拭表面水分測試試樣在流動方向、垂 直流動方向上的尺寸和質量;環境濕度控制:環境溫度 為25 ℃,采用放有硅膠干燥劑的棕色干燥器調節相對 濕度為0 %,采用恒溫恒濕箱(上海精宏實驗設備有限公司)調節相對濕度為50 %, 浸泡在去離子水中認為對濕度為100 %;尺寸變 化 率 (L)、吸水率(S)分別按式(1)、式(2)計算;
環境濕度對玻璃纖維增強PA6材料尺寸變化率的 影響,環 境 濕 度 越 大、 時間越長,玻 璃 纖 維 增 強 PA6材料尺寸變化率越大。 在相對濕度分別為50 %、100 %的環境試驗180d,玻璃纖維增強PA6材料流動方向上的尺寸變化率分別為 0.13 %、0.36 %,垂直流動方向上的尺寸變化率分別 為0.43%、1.60%;而在相對濕度為零的環境中,玻璃 纖維增強 PA6材料的尺寸只在前期稍微變小,在12d 時,流動方向上的尺寸變化率為-0.02 %,垂直流動方 向上的尺寸變化率為-0.05 %,后期的尺寸幾乎沒有 變化;垂直流動方向的尺寸變化率大于流動方向的。吸水率對玻 璃 纖 維 增 強 PA6 材 料 尺 寸 變 化 的 影 響。從 圖 中 可 以 看 出,吸 水 率 越 高,玻 璃 纖維增強 PA6材料的尺寸變化率越大,在吸水率相同 時,玻璃纖維增強PA6材料在相對濕度為50%環境中 的尺寸變化率明顯大于在相對濕度為100 %環 境 中。 在相對濕度為 50 %的 環 境 中,吸 水 率 為 1.88 % 時, 流動方向的尺寸變化率為 0.13 %,垂直流動方向的尺 寸變化率 為 0.43 %;而 在 相 對 濕 度 為100 % 的 環 境 中,吸 水 率 為 1.93 % 時,流 動 方 向 的 尺 寸 變 化 率 為 0.04 %,垂直流動方向的尺寸變化率為0.18 %。
出現以上結果的原因是,玻璃纖維增強 PA6材料 使用過程中尺寸變化來自吸濕溶脹和內應力釋放收 縮。在相對濕度為零的環境中,玻璃纖維增強 PA6材 料無吸濕膨脹,尺寸變化只來自內應力釋放收縮,玻璃 纖維增強PA6材料內應力釋放收縮在成型冷卻過程中 已幾乎全部完 成,使得內應力釋放收縮對材料使用過 程中尺寸變化影響較小,尺寸變化率小;在相對濕度為 50%、100 %的 環 境 中,玻 璃 纖 維 增 強 PA6材 料 的 尺寸變化主要來 自 吸 濕 溶 脹,環 境 濕 度 越 大、時 間 越 長, 材料與水分子的接觸機會越多,吸水效率越高,吸水率 越大,吸濕膨脹 越 明 顯,尺 寸 變 化 率 越 大;環 境 濕 度 越 低,玻璃纖維增強 PA6材料達到相同吸水率需要的時 間越長,水分子有足夠時間向玻璃纖維增強 PA6材料 的內部擴散,使整個產品吸濕溶脹均勻,因此尺寸變化 率大。玻璃纖維增強PA6材料在成型過程中受壓力作 用使玻璃纖維 向 流 動 方 向 取 向,材料的吸濕溶脹和內 應力釋放收縮 受 到 玻 璃 纖 維 的 束 縛,而垂直流動方向 受到玻璃纖維 的 束 縛 較 小,導致流動方向上的尺寸變 化小于垂直流動方向上的。
(1)吸濕膨脹和內應力釋放收縮共同影響玻璃纖 維增強PA6材料的尺寸變化,前者在主導因素;環境濕 度越大、時間越長,玻璃纖維增強PA6材料的尺寸變化 率越大,垂直流動方向的尺寸變化率大于流動方向的; 環境濕度越低,達到相同吸水率需要的時間越長,吸濕 溶脹作用越明顯,玻璃纖維增強 PA6材料的尺寸變化 越大;
(2)添加成核劑,玻 璃 纖 維 增 強 PA6材 料 的 結 晶 度稍微提高,吸水率降低,玻璃纖維增強PA6材料的尺 寸變化率降低;用 量 為0.5份 時 最 優,用 量 繼 續 增 加, 玻璃纖維增強 PA6材料尺寸變化率下降不大; (3)熱處理能消除玻璃纖維增強 PA6材料的內應 力,使得分子鏈 規 整,導 致 尺 寸 變 小,添 加 成 核 劑 有 促 進作用;但是不足以使 PA 分子大范圍運動,重新進入 晶格,對玻璃纖維增強 PA6的結晶度及吸水率影響不 大;熱處理使玻璃纖維增強 PA6材料內應力釋放收縮 尺寸變小,而環境濕度使玻璃纖維增強 PA6材料吸濕 溶脹尺寸變大,相反作用降低玻璃纖維增強 PA6材料 的尺寸變化率。