朱能貴1，2，曾祥補(bǔ)1，2，沈 超2，李勝男2，龔 維1，蔣團(tuán)輝1，2*
( 1. 貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2. 國(guó)家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550022 )
摘 要： 通過改變注塑壓力、注塑速度、模具溫度、注塑溫度等注塑成型工藝參數(shù)，研究了兩種制樣方式對(duì)改性聚酰胺(PA)6抗沖擊性能的影響。結(jié)果表明：相同注塑成型工藝條件下，自帶缺口試樣的沖擊強(qiáng)度都高于自制缺口的試樣；注塑壓力和注塑速度對(duì)自帶缺口試樣的沖擊強(qiáng)度影響較大，但對(duì)自制缺口試樣的沖擊強(qiáng)度影響不大；模具溫度和注塑溫度對(duì)兩種制樣方式的PA6的缺口沖擊強(qiáng)度影響均較大。
關(guān)鍵詞： 聚酰胺 制樣方式 注塑工藝 抗沖擊性能
近年來(lái)，聚合物改性技術(shù)不斷創(chuàng)新，塑料成型技術(shù)發(fā)展迅速，塑料產(chǎn)品質(zhì)量不斷優(yōu)化?？箾_擊性能是評(píng)價(jià)材料韌性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，抗沖擊性 能實(shí)驗(yàn)是在沖擊負(fù)荷的作用下測(cè)定材料的沖擊強(qiáng)度，由于聚合物自身組織結(jié)構(gòu)、成型工藝等的不同，其沖擊強(qiáng)度也各不相同。通過抗沖擊性能實(shí)驗(yàn)可評(píng)價(jià)聚合物在高速?zèng)_擊狀態(tài)下抵抗沖擊的能力，可判斷聚合物的脆性和韌性[1]。聚酰胺(PA)6是常用的工程塑料，其尺寸穩(wěn)定，耐熱，耐磨，電絕緣性和力學(xué)性能優(yōu)異，應(yīng)用廣泛[2-3]。通?？梢酝ㄟ^填充玻璃纖維、橡膠、碳填料等來(lái)改善PA6的抗沖擊性能，通過調(diào)節(jié)配比、工藝條件等實(shí)現(xiàn)目標(biāo)性能，以達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)需要[4-6]。因此，研究PA 6的抗沖擊性能對(duì)其應(yīng)用、開發(fā)與配方設(shè)計(jì)等具有重要意義。本工作通過特別設(shè)計(jì)的缺口沖擊強(qiáng)度測(cè)試專用模具，在不同注塑成型工藝下，探究改性PA6注塑后自帶缺口和注塑后自制缺口兩種制樣方式下抗沖擊性能的差異。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原料與儀器
PA6M2400，廣東新會(huì)達(dá)錦綸股份有限公司；玻璃纖維ECS301，單絲長(zhǎng)度為3mm，直徑為10μm，重慶國(guó)際復(fù)合材料股份有限公司。
CTE-35型擠出機(jī)，科倍隆(科亞)南京機(jī)械有限公司。CJ80M3V型注塑機(jī)，震德塑料機(jī)械有限公司。BC1400-B型擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，QYJ1251型缺口型制樣機(jī)，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司。GC2019型缺口沖擊強(qiáng)度測(cè)試專用注塑模具，貴州省材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院。
1.2 試樣制備
1.2.1 改性材料的制備
按質(zhì)量比為70∶30稱取適量干燥后的PA6和玻璃纖維，在高速混合機(jī)中混合均勻，然后通過擠出機(jī)擠出后經(jīng)冷卻、干燥、切粒，得到玻璃纖維增強(qiáng)的改性PA6，備用。擠出機(jī)1~8區(qū)溫度分別為220，230，240，240，240，230，230，220℃，機(jī)頭溫度為220℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350 r/min。
1.2.2 注塑樣條的制備
將改性PA6顆粒在100℃條件下干燥4h，然后根據(jù)設(shè)計(jì)的工藝條件注塑成沖擊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣條，不同工藝條件注塑的自帶缺口和無(wú)缺口的測(cè)試樣條各取50根，測(cè)試樣條規(guī)格為80mm×10mm×4mm。
1.2.3 沖擊測(cè)試樣條的制備
將注塑成型后的樣條按兩種不同的制樣方式制成沖擊測(cè)試樣條。制樣方式一是指樣條的缺口直接注塑成型，即注塑成型后的樣條自帶缺口，可直接用于缺口沖擊強(qiáng)度測(cè)試；制樣方式二是指注塑成型的樣條無(wú)缺口，需自制缺口才能進(jìn)行缺口沖擊強(qiáng)度測(cè)試。見圖1。
圖1 缺口沖擊強(qiáng)度測(cè)試專用注塑模具部分結(jié)構(gòu)
1.3 測(cè)試與表征
懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按GB/T 1843—2008測(cè)試。注塑后無(wú)缺口的試樣通過缺口型制樣機(jī)自制標(biāo)準(zhǔn)缺口，A型缺口，缺口深度為2mm。
2 結(jié)果與討論
2.1 注塑壓力對(duì)PA6缺口沖擊強(qiáng)度的影響
從圖2可以看出：隨注塑壓力的升高，采用制樣方式一制備的試樣沖擊強(qiáng)度不斷提高，壓力由30%增加到50%時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度由8.58 kJ/m2提高到9.76 kJ/m2，提高了12%，這是由于注塑壓力增大，熔融樹脂在模具突出部分受到的剪切力增大，流動(dòng)速率增加，注塑樣條組織比較均勻、飽滿，抗沖擊性能更強(qiáng)，注塑壓力過低會(huì)使樣條表面產(chǎn)生凹陷，從而使注塑樣條抗沖擊性能減弱[7]。而采用制樣方式二制備的試樣缺口沖擊強(qiáng)度變化不大，基本在7.40 kJ/m2左右波動(dòng)，說明注塑壓力對(duì)常規(guī)注塑成型后自制缺口試樣的缺口沖擊強(qiáng)度影響不大。注塑壓力相同，制樣方式不同時(shí)，采用制樣方式一制備的試樣缺口沖擊強(qiáng)度更高。
圖2 注塑壓力對(duì)兩種制樣方式下PA 6缺口沖擊強(qiáng)度的影響
2.2 注塑速度對(duì)PA6缺口沖擊強(qiáng)度的影響
從圖3可以看出：注塑速度相同時(shí)，采用制樣方式一制備的試樣缺口沖擊強(qiáng)度都高于采用制樣方式二制備的試樣缺口沖擊強(qiáng)度。說明通過模具設(shè)計(jì)使注塑成型得到標(biāo)準(zhǔn)的自帶缺口沖擊試樣，其缺口沖擊強(qiáng)度大于需后期自制缺口的試樣。隨注塑速度的增加，采用制樣方式一制備的試樣沖擊強(qiáng)度先增加后減小，在注塑速度為50%時(shí)達(dá)到最大；自制缺口的試樣，其缺口沖擊強(qiáng)度隨注塑速度的變化不大，在7.20 kJ/m2左右波動(dòng)，在注塑速度為40%時(shí)，其缺口沖擊強(qiáng)度略高于其他注塑速度時(shí)的值，說明注塑速度對(duì)常規(guī)注塑后自制缺口的試樣的缺口沖擊強(qiáng)度影響不大。
圖3 注塑速度對(duì)兩種制樣方式下PA 6缺口沖擊強(qiáng)度的影響
2.3 模具溫度對(duì)PA6缺口沖擊強(qiáng)度的影響
從圖4可以看出：模具溫度相同，采用制樣方式一制備的試樣缺口沖擊強(qiáng)度都高于采用制樣方式二制備的試樣。隨模具溫度的提高，兩種試樣缺口沖擊強(qiáng)度總體呈上升趨勢(shì)；模具溫度為100，120℃時(shí)，兩種試樣的缺口沖擊強(qiáng)度都很高，100℃時(shí)出現(xiàn)峰值，此時(shí)兩種試樣缺口沖擊強(qiáng)度都最高。這是由于隨著模具溫度的提高，有利于熔體順利充模，防止了熔體過早凝固，使高分子鏈有足夠時(shí)間進(jìn)行松弛，強(qiáng)迫凍結(jié)的分子鏈減少，內(nèi)應(yīng)力減小，缺口沖擊強(qiáng)度也呈升高趨勢(shì)；模具溫度為120℃時(shí)，成型后由于模具溫度過高會(huì)使試樣的收縮率加大，內(nèi)應(yīng)力增加，沖擊強(qiáng)度有所降低[8]。同時(shí)，模具溫度較低時(shí)，注塑時(shí)型腔內(nèi)溫差較大，熔體進(jìn)入型腔后快速冷卻，分子鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，造成分子鏈間的內(nèi)應(yīng)力無(wú)法釋放，沖擊強(qiáng)度相對(duì)較低，所以模溫較低時(shí)，兩種試樣缺口沖擊強(qiáng)度都相對(duì)較低。
圖4 模具溫度對(duì)兩種制樣方式下PA 6缺口沖擊強(qiáng)度的影響
2.4 注塑溫度對(duì)PA6缺口沖擊強(qiáng)度的影響
從圖5可以看出：注塑溫度為260℃時(shí)，兩種試樣缺口沖擊強(qiáng)度都最高，說明在260℃時(shí)注塑，所用的改性PA6可得到最優(yōu)的缺口沖擊強(qiáng)度；相同的注塑溫度下，采用制樣方式一制備的試樣缺口沖擊強(qiáng)度都高于采用制樣方式二制備的試樣。當(dāng)注塑溫度為270℃時(shí)，較高的溫度容易引起PA6的分子鏈斷裂，導(dǎo)致PA6降解，使其抗沖擊性能下降，試樣的缺口沖擊強(qiáng)度較低[9]。當(dāng)注塑溫度較低時(shí)，熔體黏度大，流動(dòng)性較差，注塑試樣中存在較大的內(nèi)應(yīng)力，造成試樣的抗沖擊性能下降，缺口沖擊強(qiáng)度較低，所以當(dāng)注塑溫度低于260℃時(shí)，兩種試樣缺口沖擊強(qiáng)度都相對(duì)較低。
圖5 注塑溫度對(duì)兩種制樣方式下PA 6缺口沖擊強(qiáng)度的影響
3 結(jié)論
A）注塑工藝相同，制樣方式不同時(shí)，自帶缺口的試樣缺口沖擊強(qiáng)度較自制缺口的試樣缺口沖擊強(qiáng)度高。
b）相同工藝條件下，隨注塑壓力的升高，采用制樣方式一制備的試樣沖擊強(qiáng)度不斷提高，但采用制樣方式二制備的試樣缺口沖擊強(qiáng)度變化不大；隨注塑速度的增加，采用制樣方式一制備的試 樣沖擊強(qiáng)度先增加后減小，在注塑速度為50%時(shí)達(dá)到最大；自制缺口的試樣，其缺口沖擊強(qiáng)度隨注塑速度的變化不大。
c）相同工藝條件下，模具溫度和注塑溫度對(duì)兩種試樣缺口沖擊強(qiáng)度影響較大；當(dāng)模具溫度為100℃，注塑溫度為260℃時(shí)，兩種試樣的缺口沖擊強(qiáng)度都最大。
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