第一章 绪论
1.1 前言
LGFR-PA66 粒料可采用特制的浸渍模头将尼龙 66 熔体与连续玻纤丝束经熔融浸渍而得。浸渍模头、浸渍配料和浸渍工艺的配合是高效生产 LGFR-PA66 粒料的关键。LGFR-PA66 粒料在加工成型时，玻纤单丝受包覆树脂的保护，不易被螺杆剪碎，能够保留较大的长度，对尼龙 66 基体有比短玻纤更大的增强效果。显然，注塑样品中玻纤的长度和分布受注塑工艺参数的影响，玻纤的增强效果也将随注塑条件改变而变化。1956 年美国 Fiberfill 公司研究长玻纤增强尼龙成功，国外长期以来对长玻纤增强尼龙的做了大量的研究开发，目前国内的长玻纤增强尼龙市场也主要由国外公司占领，国内企业应加大投入研究开发长玻纤增强尼龙，以占领高端行业市场。本论文旨在探讨浸渍工艺、树脂特性、玻纤丝束、浸润剂、相容剂和偶联剂对玻纤丝束浸渍效果和注塑样条力学性能的影响。研究玻纤丝束浸渍料切断（粒料）长度和成型工艺参数对注塑 LGFR-PA66 复合材料力学性能和最终玻纤长度分布的影响，分析玻纤长度分布与复合材料力学性能之间的关系。
1.2 尼龙 66
尼龙是聚酰胺（PA）的俗称，是分子主链上含有重复酰胺基团的热塑性树脂的总称，包括脂肪族聚酰胺、脂肪-芳香族聚酰胺和芳香族聚酰胺[1]。自从 20 世纪 30 年代杜邦公司的 Carothers W. H.发明尼龙生产以来，尼龙的产量都位居工程塑料的第一位[2]。作为五大工程塑料之首，尼龙在工业上有着极其广泛的应用，主要应用于汽车工业、航空航天、电子电气、机械建材、家电纺织等领域[3]。其中产量最高、应用最广的是脂肪族聚酰胺，主要有尼龙 6（PA6）和尼龙 66。尼龙 66 是由己二酸和己二胺进行缩聚反应制得的脂肪族聚酰胺，化学名是聚己二酰己二胺。常见的尼龙 66 是一种结晶性高分子，结晶度在 20～40%之间，熔点在 250～270℃之间，密度在 1.15g/cm3左右。综合考虑可用性和可加工性，通常将它的分子量调节为 15000～30000，聚合度约 150～300。与一般通用塑料相比，尼龙 66 不仅具有良好的力学性能、韧性、抗蠕变性和耐疲劳性，而且具有耐磨损性、自润滑性、阻燃性和无毒环保等优点。但是尼龙也有自身明显的缺点，由于其分子主链上有很多的亲水的酰胺基团，导致尼龙的吸湿性较强，尺寸稳定性较差，限制了它在高端行业中得到更广泛的应用。
1.3 影响尼龙 66 性能的主要因素影响
尼龙 66 自身的力学性能、吸湿性、韧性等性能的因素很多，分子的结构特征、二次结构、官能团性质等为自身因素，各种添加剂也对尼龙 66 的性能起到了一定的作用。
1.3.1 化学结构的影响
尼龙 66 的力学性能主要取决于其分子主链的化学键和分子间作用力。分子主链上化学键的断裂和分子间作用力的干扰都将直接导致尼龙高聚物本体性能的蜕变。增强分子的极性或者增加分子间氢键都有助提高材料的强度。但是需要注意的是极性基团过多会阻碍主链的活动性，从而降低尼龙的韧性，使其脆性上升。尼龙在分子结构上有一个很重要的特点，即在分子主链上含有周期排列的酰胺基团（—CO—NH—），其中的—NH—基团能和—C=O—基团形成氢键。尼龙 66 上 NH 的氢原子和相邻分子中的 C=O 上的氧原子形成了氢键，大大增加了分子间的作用力。形成氢键的多少和强弱是由其组成、酰胺基团浓度和立体化学结构决定的。尼龙分子主链上的酰胺基团，除了能与相邻分子的酰胺基团形成氢键外，也容易与水分子形成氢键，因此尼龙的吸湿性较强。尼龙的吸湿性给加工上带来四个方面的问题：（1）在熔融状态下，尼龙很容易水解，特别是尼龙 66。水解反应使聚合物发生降解，导致尼龙制品的强度下降。（2）由于尼龙在熔融过程中存在水解反应，降解所产生的低分子在高温下形成气体，在没有排气装置的情况下，这些气体和水蒸汽存于制件中，会在其表面形成斑纹、银丝、气泡和微孔，影响制件的表面质量。（3）高吸湿性影响尼龙制件的尺寸稳定性。尼龙制品吸水后尺寸发生变化，尤其是薄壁制品吸湿引起制品的翘曲变形。因此，对于这类产品除了采用改性的方法之外，还应该对制件进行定形处理。
第二章 实验部分
2.1 主要原料
PA66，EPR27，粘度 2.7，平顶山神马集团；PA66，EPR24，粘度 2.4，平顶山神马集团；PA6，YH1100，粘度 2.4，平顶山神马集团；玻纤，ER4301PM，单丝直径 17μm，重庆国际复合材料有限公司；玻纤，ER4305PM，单丝直径 17μm，重庆国际复合材料有限公司；硅烷偶联剂 KH560，沸点 290℃，湖北新蓝天新材料；硅烷偶联剂 KH561，沸点 304℃，方舟化学材料有限公司；相容剂 493D，POE-g-MAH，广州源锋新材料有限公司；硬脂酸锌，沸点 359℃，南通慧智化工有限公司；硬脂酸钙，沸点 386℃，淄川瑞丰塑料助剂厂；硅酮粉，沸点 300℃，武汉新塑科技有限公司；抗氧剂 168，沸点 361℃，广州市润展化工有限公司；高温抗氧剂 1098，沸点 740℃，南京手牵手化工科技。
2.2 仪器设备
冷粒料切粒机：8022 型，南京橡塑机械厂有限公司；挤出机：Rheomex OS PTW16 型，美国 THERMO 公司；注塑机：东芝 EC75NⅡ-2Y 型，东芝机械株式会社；拉伸试验机：Zwick/Roell Z010 型，德国 Zwick 公司；弯曲试验机：INSRTON 5500R 型，英国 INSTRON 公司；冲击试验机：Zwick 5113.300 Pendulun impaci tester 型，德国 Zwick 公司；烘箱：DHG90A 系列(101AS 系列)，YLD-200 型，上海索普一起公司；偏光显微镜：OLYMPUS BX51 型，OLYMPUS 公司；热变形温度测试仪：HDT 3 VICAT P/N 6911.000 型，意大利 Ceast 公司；扫描电子显微镜：LEO 1530VP 型，德国 LEO 公司产品；马弗炉：L15/12 型，纳博热（上海）工业炉有限公司。
第三章 长玻纤增强尼龙 66 粒料.....27
3.1 引言.... 27
3.2 结果与讨论....... 28
3.3 本章小结...... 35
第四章 浸渍料切断长度对长玻.....36
.1 引言.... 36
4.2 结果与讨论....... 36
4.3 本章小结...... 43
第五章 注塑工艺参数对长玻纤增强.....44
5.1 引言.... 44
5.2 结果与讨论....... 44
5.2.1 螺杆转速对 LGFR-PA66 力学性能的影响....... 44
5.2.2 螺杆转速对 LGFR-PA66 玻纤长度及分布的影响..... 46
5.2.3 背压对 LGFR-PA66 力学性能的影响..... 50
5.2.4 注塑压力对 LGFR-PA66 力学性能的影响....... 51
5.3 本章小结...... 52
结论
1. 选取 PA66-EPR27 和玻纤 ER4301 采用熔融浸渍方法生产 LGFR-PA66 复合材料粒料，改变玻纤含量和配方等条件对其性能进行比较分析，并观察其浸渍效果，50%玻纤质量分数复合材料的力学性能比 40%玻纤质量分数复合材料大，使用偶联剂 KH561的 LGFR-PA66 的预浸料的浸渍效果比 KH560 好，其力学性能也相对较好。50%的LGFR-PA66 复合材料的拉伸强度 231MPa、弯曲强度 328MPa、冲击强度 35kJ•m-2，相比 SGFR-PA66 都上升了 30%左右。
2. LGFR-PA66 复合材料制品的强度随着预浸料长度的增大而增大，从增长的趋势看，玻纤长度在 12mm 左右时，其弯曲强度较大，其后强度的增加程度减小，且从设备的条件出发，粒料长度定为 12mm 是合适的。若要进一步提高玻纤长度增大制品强度，则需要对设备进行改进，增大螺杆螺槽的宽度和深度，增大螺杆的压缩比，以进行长度更大的浸渍料的注塑。
3. 注塑工艺参数中，提高温度增大了树脂的流动性，从而减小了玻纤与树脂之间的作用力，减小玻纤长度的断裂程度；提高螺杆转速增大了玻纤与树脂之间的作用力，更容易引起玻纤的断裂；增大背压也会增大玻纤与树脂之间的作用力，甚至可能将玻纤与玻纤之间的树脂挤掉，增大了玻纤与玻纤之间碰撞摩擦的可能，从而使玻纤断裂变短。由此，注塑工艺参数设置为从入料口到喷嘴的料筒温度 290-290-280℃，螺杆转速 100r/min，注射压力 40MPa，背压 10MPa，模具温度 80℃，保压压力 25MPa，可以得到力学性能相对较好的长玻纤增强尼龙 66 制品。
参考文献
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