增强尼龙通常情况下采用玻璃纤维、碳纤维进行增强改性,或者采用滑石粉,高岭土、硅灰石和碳酸钙等矿物填充增强,在提高强力的同时,也伴随韧性、外观等其他性能的下降,或者强度的提升难以兼顾加工流性、耐热、阻隔性等,而纳米复合材料的引入,将有效打破这方面的局限。
增强尼龙因为纳米复合材料引入,实现了无机材料与聚合物基体高水平的复合,由于其纳米尺寸效应和很强的有机-无机界面结合力,纳米增强尼龙复合体系能很好地综合有机/无机两相的性能,材料在强度、耐热性、阻隔性等方面将比聚合物基体有大幅度的提高。
采用钛酸钾晶须与玻纤对尼龙6增强改性。钛酸钾晶须在混合前经四丁基钛酸酯进行预处理。然后用双螺杆挤出机进行共混,结果表明,增强尼龙复合材料的拉伸强度和弹性模量随着晶须含量的增加而增加、耐热性能改善更为明显。
尼龙6玻纤/蒙脱土纳米插层复合增强改性,由于纳米尺寸效应,尼龙6/粘土纳米增强复合材料的力学性能和热性能均优于尼龙6/纤维增强复合材料,纯纳米尼龙6/粘土纳米复合材料的力学性能要优于含10%(wt%)玻璃纤维增强的尼龙6复合材料,纳米玻纤增强尼龙的热变形温度也提高了70-90℃。
表2 尼龙6及尼龙6/蒙脱石插层复合材料的性能
试验还表明,玻璃纤维增强的尼龙6纳米复合材料,由于纳米蒙脱石的比表面积,其含量只有2%-5%时,也具有极大增强作用,可以得到高模量、高强度及高热变形温度的尼龙纳米复合材料。纳米复合材料与长玻璃纤维增强尼龙复合,无论是干态,还是湿态,其模量都有极大的提高。少量的纳米粘土(3-4wt%)就可替代40wt%的常规填料或10wt%的玻璃纤维,却不损害复合材料的其他性能,因而为增强尼龙的改性开劈了新的方向。
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