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玻纤增强尼龙吸水、翘曲、浮纤?一招解决!

尼龙是最重要的工程塑料,产量在五大工程塑料中居首位。在尼龙材料改性中,加玻纤进行增强的应用尤为广泛, 特别是增强尼龙6和尼龙66在其领域内占据主导地位。


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应用领域

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增强尼龙应用广泛,但是也存在一些缺点。

1

吸水性问题


PA6和PA66由于含有较高密度的酰胺键,其吸水率较高,平衡吸水率分别达到3.5%和2.5%。加入玻纤后,其吸水率仍保持在较高水平。

吸水性大会对材料其他性能有什么影响呢?

1.  影响尺寸稳定性,特别是薄壁件增厚影响较大。
2.  影响电性能,属于易吸水(湿)的聚合物,电阻值也随温度的升高而降低,在使用时受到一定的限制。
3.  降低塑料的机械强度。

材料性能变化会带来什么后果呢?

1. 尺寸不稳定,塑件壁厚不均导致制件扭曲、变形
2. 塑料制件易漏电
3. 能承受的负荷小,易被破坏

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2

翘曲问题


对于没有添加剂的产品,PA6 的收缩率在 1%~ 1.5% 之间。加入玻璃纤维添加剂可以使收缩率降低到 0.3%(但和流程相垂直的方向还要稍高一些)。PA66 的收缩率在 1%~2%之间,加入玻璃纤维可以将收缩率降低到 0.2%~1% 。收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相差也是较大的。


塑料在流动的时候,玻璃纤维会沿着流动方向取向,从而导致这个方向的收缩比较困难,因为有玻纤支撑住了;而在垂直流动方向,相对就容易收缩一些,从而导致两个方向收缩率的不一致。在材料学来说,这个就是各向异性,这就导致了材料的翘曲。具体可以参考下图:


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纤维增强塑料的流动取向(山东祥龙新材料股份有限公司)

塑料翘曲会导致制件变形、装配困难等问题。

3

浮纤问题


在注塑的过程中,玻纤进入塑料制品的表面,使得制品表面变得很粗糙,斑斑点点,比如浮纤、料花等。

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产品浮纤图(山东祥龙新材料股份有限公司)

浮纤现象是玻纤外露造成的,白色的玻纤在塑料熔体充模流动过程中浮露于外表,待冷凝成型后便在塑件表面形成放射状的白色痕迹,当塑件为黑色时会因色泽的差异加大而更加明显。

其形成的原因主要有以下几个方面:

首先,在塑料熔体流动过程中,由于玻纤与树脂的流动性有差异,而且质量密度也不同,使两者具有分离的趋势,玻纤浮向表面,树脂沉入内里,于是形成了玻纤外露现象;

其次,由于塑料熔体在流动过程中受到螺杆、喷嘴、流道及浇口的摩擦剪切力作用,会造成局部粘度的差异,同时又会破坏玻纤表面的界面层,熔体粘度愈小,界面层受损愈严重,玻纤与树脂之间的粘结力也愈小,当粘结力小到一定程度时,玻纤便会摆脱树脂基体的束缚,逐渐向表面累积而外露;

再则,塑料熔体注入型腔时,会形成“喷泉”效应,即玻纤会由内部向外表流动,与型腔表面接触,由于模具型面温度较低,质量轻冷凝快的玻璃纤维被瞬间冻结,若不能及时被熔体充分包围,就会外露而形成“浮纤”。

改善“浮纤”现象的一般措施方法是在成型材料中加入相容剂、分散剂和润滑剂等添加剂,包括硅烷偶联剂、马来酸酐接枝相容剂、硅酮粉、脂肪酸类润滑剂及防玻纤外露剂。但也会存在一些问题,比如液体硅烷偶联剂,就存在加入后难以分散,塑料容易结块成团的问题。

4

螺杆的磨损


加入玻纤的比例越大,由于玻纤的高刚性,其对注塑机的塑化元件的磨损越大,主要是螺杆的磨损,这会影响注塑机的塑化效果,降低其寿命。

针对以上常见问题,解决思路一般是加入共混改性助剂(如LLDP、PP、马来酸酐接枝等);加入无机填料助剂(如:碳酸钙、滑石粉等);表面处理改性等改善吸水性;添加流动改善剂改善各向异性问题;添加硅酮母、超支化树脂等改善浮现问题......然而,添加这些助剂的同时也会带来其他问题,比如对耐热性影响、对物性影响、析出等。

还有没有其他方法可以同时解决这些问题呢?

一个思路是添加低吸水性、加工性能好、尺寸稳定性高、相容性好的其他尼龙树脂进行复配。

比如,山东祥龙股份有限公司推出的GT35系列尼龙树脂,GT35是一种无定形尼龙(聚酰胺)树脂,具有优异的透明性,对气体,水,溶剂和精油具有良好的阻隔性,超高刚性,同时具有优异的成型加工性和尺寸稳定性,以及高温结构性能。GT35用于PA6或者PA66复合改性,不仅能改善尼龙吸水,还在改善翘曲、浮纤外漏等问题上有着显著的效果,只需添加一种,便可对上述问题都有缓解作用。

2021年10月21日,山东祥龙将参加“2021年先进尼龙材料产业高峰论坛”,并发表演讲和设置展台,展示最新产品和多种尼龙材料解决方案,欢迎前来交流。


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