玻璃纤维质量分数对尼龙6/玻璃纤维复合材料性能的影响

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2024.03.004

摘要/Abstract

摘要：

采用双螺杆挤出机制备了玻璃纤维（GF）增强尼龙6（PA6）复合材料，系统地研究了GF质量分数对PA6/GF复合材料的力学性能、热性能、密度、吸水性和加工流动性的影响。结果表明，PA6/GF复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、密度和热变形温度均随着GF质量分数的增加而增加，而吸水率和熔融指数随着GF质量分数的增加而减小。形态结构显示，当GF质量分数为30%时，GF在PA6基体中得到了有效的包裹和分散。

关键词: 玻璃纤维, 力学性能, 尼龙6

Abstract:

Glass fiber (GF) reinforced nylon 6 (PA6) composites were prepared with a twin-screw extruder. The effects of GF mass fraction on the mechanical properties, thermal properties, density, water absorption and processability of PA6/GF composites were systematically investigated. The results show that the impact strength, tensile strength, flexural strength, flexural modulus, density and thermal deformation temperature of the composites increased with the increase of glass fiber content, while the water absorption and melt flow rate decreased with the increase of glass fiber mass fraction. The morphology showed that the GF was effectively wrapped and dispersed in the PA6 matrix when the GF mass fraction was increased up to 30%.

Key words: Glass fiber, Mechanical properties, Nylon 6

中图分类号:

TQ327.1

冯瑞祥, 马梦绮, 郎学彬, 胡跃鑫, 韩向艳, 徐宏伟. 玻璃纤维质量分数对尼龙6/玻璃纤维复合材料性能的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(3): 23-29.

Ruixiang FENG, Mengqi MA, Xuebin LANG, Yuexin HU, Xiangyan HAN, Hongwei XU. Effect of Glass Fiber Mass Fraction on Properties of Nylon 6/Glass Fiber Composites[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2024, 44(3): 23-29.

图/表 13

图1 GF质量分数对PA6/GF复合材料熔融指数的影响

Fig.1 Effect of GF mass fraction on the melt index of PA6/GF composite materials

图2 PA6及其共混物的熔融曲线与结晶曲线

Fig.2 Melting and crystallization behavior curves of PA6 and its blends

表1 PA6及其共混物的DSC数据

Table 1 DSC data of PA6 and its blends

样品	结晶温度/℃	熔融焓/ (J•g^-1)	结晶度/%
PA6 2000/GF30	192.51	51.49	32.0
PA6 2800/GF30	190.34	48.18	29.9
PA6 3200/GF30	189.57	38.98	24.2
PA6 2800	187.66	64.16	27.9
PA6 2800/GF10	189.01	59.38	28.7
PA6 2800/GF20	188.49	53.39	29.0
PA6 2800/GF40	190.01	42.48	31.3

图3 GF质量分数对PA6/GF复合材料热变形温度的影响

Fig.3 Effect of GF mass fraction on hot deformation temperature of PA6/GF composite materials

图4 GF质量分数对PA6/GF复合材料密度的影响

Fig.4 Effect of GF mass fraction on density of PA6/GF composite materials

图5 GF质量分数对PA6/GF复合材料冲击强度的影响

Fig.5 Effect of GF mass fraction on the impact strength of PA6/GF composite materials

图6 GF质量分数对PA6/GF复合材料拉伸强度的影响

Fig.6 Effect of GF mass fraction on the tensile properties of PA6/GF composite materials

图7 GF质量分数对PA6/GF复合材料弯曲强度和弯曲模量的影响

Fig.7 Effect of GF mass fraction on the flexural strength and flexural modulus of PA6/GF composite materials

图8 GF质量分数对PA6/GF复合材料吸水率的影响

Fig.8 Effect of GF mass fraction on water absorption of PA6/GF composite materials

图9 不同相对黏度PA6基体的PA6/GF复合材料的SEM图（×500）

Fig.9 SEM images of PA6/GF composite materials with different viscosities of PA6 resin (× 500)

图10 不同GF质量分数的PA6/GF复合材料的SEM图（×300）

Fig.10 SEM images of PA6/GF composites with different GF mass fractions (× 300)

图11 PA6/GF复合材料高温煅烧后GF的光学显微镜图

Fig.11 Optical microscope image of GF after high-temperature calcination of PA6/GF composite material

表2 PA6/GF复合材料中GF的保留长度

Table 2 Retention length of GF in PA6/GF composite materials

样品	$L n / m m$	$L w / m m$
PA6 2000/GF30	0.23	0.30
PA6 2800/GF10	0.27	0.33
PA6 2800/GF20	0.25	0.30
PA6 2800/GF30	0.22	0.29
PA6 2800/GF40	0.18	0.22
PA6 3200/GF30	0.19	0.24

表2 PA6/GF复合材料中GF的保留长度

Table 2 Retention length of GF in PA6/GF composite materials

样品	$L n / m m$	$L w / m m$
PA6 2000/GF30	0.23	0.30
PA6 2800/GF10	0.27	0.33
PA6 2800/GF20	0.25	0.30
PA6 2800/GF30	0.22	0.29
PA6 2800/GF40	0.18	0.22
PA6 3200/GF30	0.19	0.24

参考文献 17

1	RAAJESHKRISHNA C R， PRADEEP A S， KUMAR R D R. Influence of fiber content on mechanical，tribological properties of short basalt fiber-reinforced nylon 6 and polypropylene composites［J］. Journal of Thermoplastic Composite Materials， 2021， 34（6）： 765-779.
2	程健强，王文广，韩杰. 碳纤维增强水泥基复合材料的力学性能研究进展［J］. 辽宁石油化工大学学报， 2021， 41（3）： 34-42.
	CHENG J Q， WANG W G， HAN J. Research progress on mechanical properties of carbon fiber reinforced cement-based composites［J］. Journal of Liaoning Petrochemical University， 2021， 41（3）： 34-42.
3	FENG N， WANG X D， WU D Z. Surface modification of recycled carbon fiber and its reinforcement effect on nylon 6 composites： Mechanical properties， morphology and crystallization behaviors［J］. Current Applied Physics， 2013， 13（9）： 2038-2050.
4	CAI G B， YAN C， LIU D， et al. Effects of functionalized graphene oxide modified sizing agent on the interfacial and mechanical properties of carbon fiber reinforced polyamide 6 composites［J］. Polymer Composites， 2022， 43（11）： 8483-8498.
5	JING W， HUI C， QIONG W， et al. Surface modification of carbon fibers and the selective laser sintering of modified carbon fiber/nylon 12 composite powder［J］. Materials & Design， 2017， 116： 253-260.
6	VASANTHKUMAR P， BALASUNDARAM R， SENTHILKUMAR N. Sliding-friction wear of a seashell particulate reinforced polymer matrix composite： Modeling and optimization through RSM and grey wolf optimizer［J］. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering， 2021， 46（2）： 329-345.
7	孙雪楠，秦增增，马英哲，等. 玻纤增强滑石粉改性PA6力学性能的实验研究［J］. 盐科学与化工， 2019， 48（1）： 25-27.
	SUN X N， QIN Z Z， MA Y Z， et al. Research on reinforce the mechanical properties of talcum powder nylon-6 with glass fiber［J］. Journal of Salt and Chemical Industry， 2019， 48（1）： 25-27.
8	马英哲，孙雪楠. 玻纤增强硅灰石改性PA6力学性能的实验研究［J］. 盐科学与化工， 2018， 47（7）： 29-31.
	MA Y Z， SUN X N. Experimental research on the mechanical properties of wollastonie modified nylon PA6 was enhanced by glass filber［J］. Journal of Salt and Chemical Industry， 2018， 47（7）： 29-31.
9	ESSABIR H， RODRIGUE D， BOUHFID R， et al. Effect of nylon 6 （PA6） addition on the properties of glass fiber reinforced acrylonitrile‐butadiene‐styrene［J］. Polymer Composites， 2018， 39（1）： 14-21.
10	LIU M H， LI R， WANG G， et al. Morphology and dynamic mechanical properties of long glass fiber-reinforced polyamide 6 composites［J］. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry， 2016， 126（3）： 1281-1288.
11	罗开强，徐军，郭宝华. 多巴胺改性玻璃纤维增强尼龙6复合材料［J］. 塑料， 2022， 51（4）： 82-87.
	LUO K Q， XU J， GUO B H. Dopamine modified glass fiber reinforced nylon 6 composite［J］. Plastics， 2022， 51（4）： 82-87.
12	陈录婵，肖妍，付传玉，等. 印尼油砂尾砂/聚乙烯复合材料的性能［J］. 辽宁石油化工大学学报， 2019， 39（5）： 40-44.
	CHEN L C， XIAO Y， FU C Y， et al. Properties of indonesian oil sand tailings/polyethylene composites［J］. Journal of Liaoning Shihua University， 2019， 39（5）： 40-44.
13	YANG M Y， KUBOKI T， WOOD J， et al. Effects of extruder screw configurations on thermal properties of glass fiber-reinforced polyamide 6 composites throughout the direct long-fiber-reinforced thermoplastics process［J］. Polymer Composites， 2019， 40（9）： 3500-3509.
14	WHITFIELD T， KUBOKI T， WOOD J， et al. Effects of process parameters on thermal properties of glass fiber reinforced polyamide 6 composites throughout the direct long‐fiber‐reinforced thermoplastics process［J］. Polymer Engineering and Science， 2018， 58（S1）： 114-123.
15	ZHANG D H， HE M， LUO H， et al. Performance of long glass fiber‐reinforced polypropylene composites at different injection temperature［J］. Journal of Vinyl and Additive Technology， 2018， 24（3）： 233-238.
16	张琦，夏礼栋，李源，等. 高性能碳纤维增强尼龙10T复合材料制备与性能［J］. 工程塑料应用， 2022， 50（5）： 44-49.
	ZHANG Q， XIA L D， LI Y， et al. Preparation and properties of high performance carbon fiber reinforced nylon 10T composites［J］. Engineering Plastics Application， 2022， 50（5）： 44-49.
17	WANG C H， ZHANG Y W， YI Y， et al. Thermal， morphological and mechanical properties of glass fiber reinforced star-branched polyamide 6［J］. Polymer Composites， 2022， 43（3）： 1617-1625.

[1]	张君儒, 卢宝印, 李金权, 昝宇宁, 王文广. 原位纳米粒子增强Al基复合材料的微观组织及高温力学性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(2): 26-34.
[2]	董振通, 孟宪明, 管建军, 赵艳. 双相钢HC420/780DP动态力学性能及其本构模型研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(1): 61-66.
[3]	杨枫桐，张丽，田宇航，潘振，李萍. 一种发电和CO₂捕集相结合的LNG 冷能利用系统[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(6): 54-60.
[4]	陈录婵，肖妍，付传玉，胡跃鑫，韩向艳. 印尼油砂尾砂/聚乙烯复合材料的性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(5): 40-44.
[5]	付亮,张国福,刘丹. 三催气压机入口过滤器短接开裂失效原因分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2017, 37(2): 48-53.