尼龙11的增强增韧改性研究

试验研究

尼龙11的增强增韧改性研究

陈奇海1

方良超霍绍新

1

姚芮1俞建2

(1.中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥，230088%.会通新材料股份有限公司，安徽合肥，230088)

摘要：选用纳米蒙脱土作为增强剂，聚酰胺弹性体作为增韧剂，对尼龙11 (PA11)进行了增强和增韧改性，考察了各添加 剂用量对改性PA11材料力学性能的影响。结果表明：添加质量分数5\\纳米蒙脱土和质量分数4\\聚酰胺弹性体时，改性 PA11材料的增强增韧效果最佳。同时，改性后PA11材料经军用65$航空冷却液长期浸泡后，力学性能基本变化不大，具备 优异的耐65 $冷却液能力。

关键词！尼龙11增强

增韧力学性能

DOI：10. 19690/j.issn1004-3055. 20180191

Study on Strengthening and Toughening Modification of Nylon 11

A

Chen Qihai1

Fang Liangchao1

Huo Shaoxin1 YaoRui1 Yu Jian2

Mj

^

(1.The 38th Research Institute of CETC，Hefei，Anhui，230088;

!!

A

2.Orinko New Materials Co.，Ltd.， Hefei，Anhui，230088)

montmorillonite as reinforcing agent and polyamide elastomer as toughening agent. Theeffects of the amount of additives on the mechanical properties of PA11 wereinvestigated. The results

show

that

the

toughening and reinforcing

A

Abstract ： Nylon 11 ( PA11 ) was reinforced and toughened with nano- J

MMhA

the moh MX PA11 are the best when the mass fraction of nano-montmorillonite is 5 \\ and the massh Hfraction of polyamide elastomer is 4%. At the same time， the mechanical properties of the modified PA11 material after long-term immersion in military 65 $ aviation coolantA

J have little change，and it has excellent ability to withstand 65 $ coolant.A

Keywords: nylon 11; strengthening； toughening； mechanical properties

A A A

V

effects of

MM

MM

尼龙作为一种力学强度高、抗疲劳性好、抗化 学腐蚀性强、注射成型性好、热变形 稳定

输等行业，并取 却液作为

介质运用

和塑性加工

材料，已代替传统金属材料

用

高、尺寸点

金运

尼龙1KPA11)等长碳链尼龙的吸水率低，尺 寸稳定性优良，耐酸、耐碱性 ，已

，可注塑、挤出成

用于管道、薄膜、电缆护套等领域。然

高

和高韧性的改性。

，在合

子，形成三相

而在推动PA11材料在雷达环控管路应用中发现， 纯PA11的力学性能难 要求，必须对PA11进行 合物

加弹性体和无

经济效益[13]。，这种冷却液主要由定

合而成的

在某雷达环控管路系统中，军用65 $航空冷 作为基础液，与水 性或 系统 属材料

性，与传统

合体系，以期得到兼具高强度和高韧性

混合溶液。其正常溶液的pH值在7. 5〜11.0,呈

合金管网会不可，严重影响液冷管网

收稿日期：2018-10-11;修改稿收到日期：2018-11-29。作者简介：陈奇海，男，硕士研究生，主要从事机载雷达工艺 总体设计。

\"通信联系人，E-mail: 1149125785@qq.com。

地发生管路腐蚀和

用寿命和雷达工作性能，也难以适应新用研究势在必行。

一代武器装备轻量化的发展趋势，因此，开展非金

• 25 *

2019,31(1) MODERN PLASTICS ^ )； ga*ii-h PROCESSING AND APPLICATIONS

^ i£l

材料，成为研究者们关注的焦点7。下面选用纳 米蒙脱土作为

剂，聚酰胺弹性体作为增韧剂，

液

研究了各添加剂用量对PA11的综合改性效果，并 进一步研究了改性PA11材料耐65$航 性能。1 试验部分

1.1主要原料及仪器设备

PA11，粒料，牌号P123TL，法国阿科玛；纳米

样条经过冷却水冷却后，于切粒机中切粒，并注射 成标准 箱

％

人23C和

50\\

E

1d后，测试其性能。挤 定

为：一区 200\"220 C，二区 220\"230 C，三\"五区 230〜250 C，六\"九区220 \"230 C，机头温度 230〜250 C，螺杆转速控制在380〜420 r/min。

表1

样品编号

1$2$3$4$

纳米蒙脱土在PA11中的添加比例

PA11100979592

纳米蒙脱土

0358

％

蒙脱土， 剂，，

1.24TL，美国Nanocor公司；增韧

料有限公司；65$

弹性体，东辰工

冷却液，乙二醇和水的混合液，自制。

双螺杆挤

，SHJ-36,南京瑞亚公司；注塑

公司；电子式悬

机，SZ-100/80,海天塑机集

1.3性能测试

ISO 527—1 一2012 测试；弯曲

臂梁缺口冲击试验机，XC-2. 75D，承德精密试验机

公司；电子万能试验机，XJU-22，深圳三思 公司。1.2试样制备

将PA11原料在烘箱中于80 °C烘料8\"10 h， 然后将干燥后的PA11原料、纳米蒙脱土按照表1

称好，在高速混合

合料加人双螺杆挤

，

表2

样品编号1$2$3$4$

强度和弯曲模量按照IS0 178—2010测试％

IS0 180—2000 测试。

中

2 结果与讨论

2.1不同添加量纳米蒙脱土对PA11性能影响

表2是纳米蒙脱土添加量对PA11力学性能

丨

影响。

充分混合均匀；将混

挤出，挤

纳米蒙脱土添加量对PA11力学性能影响

弯 （

MPa13. 015. 920. 317. 3

缺口冲击强度/(kj * m 2)23 C60637164

一 30C14151915

弯 /

MPa

414519643543

MPa27. 027. 527. 627. 8

如表2所示，纯PA11的拉伸强度为 27. 0 MPa，随着纳米蒙脱土的增加，改性PA11的

定

加蒙脱土，

改性 PA11 的增加

。纳米蒙脱土质量分

改善效果不明显。弯

随 纳 米蒙 脱 土用

数为5\\时，拉伸强度增加至27. 6 MPa，再继续增

强度相似，随着纳米蒙脱土用量的增加而增加，并 在纳米蒙脱土质量分数为5\\ 值 19 kj/m2。

由以上可知，将纳米蒙脱土填充到PA11中， 能够实现蒙脱土与PA11在纳米 于纳米材料 望赋予改性PA11

果。

22到最大值

71 kj/m2 ( 23 C)，低温一 30 C时，达到最大

上的复合，由

上

，

力D，并在纳米蒙脱土质量分数为5\\和较强的界面黏接，可学性能[5]。

时，达到最大值20. 3 MPa，是纯PA11弯曲强度的 1.56倍。改性PA11材料的弯曲模量同样在纳米 蒙脱土质量分数5\\

PA11 弯

当纳米蒙脱土质量分数达到5\\时，可取

不同含量聚酰胺弹性体对PA11性能影响为 进

改 PA11 材料

性， 在原

到最大值673 MPa，是纯

1.55 倍。

改性PA11缺口冲击强度的变化规律与弯曲

• 26 •

陈奇海等.尼龙11的增强增韧改性研究

试验研究

加纳米蒙脱土质量分数5\\基础上，通过添加聚酰 弹性体进行 蒙脱土 见表7。

4所示，随着聚酰胺弹性体的增加，改性

PA11

22. OMPa。

表3

聚酰胺弹性体在改性PA11中的添加比例

PA119592918987

纳米蒙脱土

55555

。试样的制备过程与上 丨强3

％

制备相同，各组分添加

示。聚酰胺弹性体用量对PA11力学性能影响

样品编号5$6$7$8$9$

聚酰胺弹性体

O3468

微 ， 弹性体

质量分数为时，改性PA11

加聚酰胺弹性体时的27. 6 MPa下降到

表4

样品编号5$6$7$8$9$

聚酰胺弹性体用量对PA11力学性能影响

弯 （

MPa2O. 32O. 119. 917. 616. 3

m一2)缺口冲击强度/(kj •23 b7179818282

一 3O b19. O22. 422. 322. 723. 1

弯 /

MPa

643621624593574

MPa27. 626. 526. 424. 622. O

改性PA11的弯曲强度在聚酰胺弹性体质量 分数低于4\\时，基本无变化％ 性体用

随 弯

逐渐 ，弯

开始

弹 性体用 ，

，

体质量分数为时，弯

加

弹弹性

纹末端诱发产生的剪切带还是本身已有的剪切带 均 能显

终止

发展成

性

，故

高材料的韧性。

上试验结果表明，添加质量分数4\\聚酰胺

弹性体时，改性PA11 2. 3

果

。

改性PA11材料耐乙二醇性能改性后PA11

能，对比浸 示&

后

进行军用65$航空冷

测试力学性化，

化

1所

5

性能

16. 3MPa。加 ， 改性 PA11弹性体质量分数为

加

弹

8\\时，改性PA11的弯

弹性体

性，， (23 b# 81 kj/m2， 一3Ob

弹性体后，改性PA11 ，

19. Okj/m2

化不大。

性体时的643 MPa下降到574 MPa。

加有利于改善材料的韧

71kJ/m2 增加

加弹性体用

，改性PA11

^胺定增

23. 1 kj/m2，

基本无变化；改性PA11在低温

测试表明：添加

弹性体质量分数由O增加至4\\时，常

却液浸泡试验，每隔2OOh取 示 & 改 性 PA11 浸 后

学 性 能

弹性体质量分数由O增加至8\\时，

但在聚酰胺弹性体质量分数3\\〜8\\时缺口冲击

已有研究表明，聚酰胺弹性体与PA11相容性 很好，能与PA11 生 带

，

会诱发大

合，当试 和剪切带，，

大量能量，

到

r时

图1

(b)浸泡后

改性PA11材料浸泡前后的外观对比

弹性体颗粒会吸收大量能量，

和剪切

良

从图1可以看出，改性后PA11经过65$航 空冷却液浸泡后，样条表面无明显皲裂、起皮等不

，色泽基本和改性

。

• 27 *

生和发展，都会

2019,31(1) MODERN PLASTICS ^ )； ga*ii-h PROCESSING AND APPLICATIONS

表5

改性PA1 1材料浸泡后的力学性能

/弯曲强度/

MPa

19. 919. 820. 020. 019. 819. 719. 919. 519. 619. 519. 719. 719. 619. 7

/

(kJ * m 2)

8180827878818076778079797980

^ i£l

的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度

定幅 >)

，并在纳米蒙脱土质量分数

5%时，综合力学性能最佳。

随着聚酰胺弹性体用量的增加，改性

大幅度提高，但当聚酰胺

基本

PA11材料的韧性

浸泡时间/ 拉伸强度/

hMPa

02004006008001 0001 2001 4001 6001 8002 0002 2002 4002 600

26. 429. 026. 025. 225. 025. 524. 925. 625. 425. 525. 425. 325. 625. 3

% 110114120118117111112115110114110116112113

弹性体质量分数达到4%后！ 稳定。

d)

添加质量分数5%纳米蒙脱土和质量分

弹性体 。

参考文献

PA11材料为

数4% 液性能十分

兰

改性方案，并且改性后材料的耐65$航空冷却

[1] 王正宏，张敏，黄宁选，等.尼龙66改性研究进展[I].工程塑

料应用，2014, 42\")$ 121-125.

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toughness of an immiscible polyamide 6/acrylon.itrile- butadiene-styrene blend achieved by adding chemically modified graphene oxide [J]. RSC Advance, 2015 , 5 (123)：

如表5所示，改性PA11材料在冷却液中浸泡 2 600 =! 性。

、弯曲强度） 均无衰减，基本

解，具备 3

结论

a)

!3 b

初始

物

，改性后PA11材料长期浸泡后未见明显

65$

液特性。

101466-101474C

[]马志领，张伟燕.聚丙烯/尼龙/纳米蒙脱土膨胀型阻燃材料

随着纳米蒙脱土用量的增加，PA11材料

的研究[J].塑料工业，2004,32(12): 40-42.

一种拉伸时变厚的液晶弹性体新材料

据“www.plasticstoday.com”报道，英国利兹大学研究 人员合成了一种液晶弹性体新材料，该材料在水平面上被 拉伸时会变得更厚。

自然界中存在具有拉胀行为的材料，如猫皮和人体内 的肌腱，但到目前为止，只能使用传统材料通过复杂的工 来合成

新材料。利兹大学的研究人员找到

广泛应用的产品带来显著的益处。这种液晶弹性体新材 料在分子水平上具有内在的拉胀性，因此制造起来更加简 单，避免了工程材料常遇到的问题；并且已提交了新材料 的专利申请，英国利兹大学已经在与业界商讨后续的措施 和发展。

由于这种拉胀新材料在能量吸收和抗断裂阻力方面 表现优异，其潜在的应用会很多，包括防弹衣、建筑及医疗 设备等领域。

了一种方法来合成这种材料，该方法不需要耗费太多时间 和高昂的成本。该研究成果已在《自然一通讯》上发表。

该项研究的负责人—学院的Devesh M

英国利兹大学物理学和天文

istry博士表示，这一发现将为开发具有

(由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院

魏晓娟供稿)

* 28 *