聚酰胺(PA、俗稱尼龍)具有良好的綜合性能,包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性,且摩擦系數低,有一定的阻燃性,易于加工,適于用玻璃纖維和其它填料填充增強改性,提高性能和擴大應用范圍。聚酰胺可由二元胺和二元酸制取,也可以用ω-氨基酸或環內酰胺來合成。
根據二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子數的不同,可制得多種不同的聚酰胺,目前聚酰胺品種多達幾十種,其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的應用最廣泛。
通常,通過纖維增強,可提高尼龍的機械強度,達到金屬材料的強度,并取代金屬。譬如,相比于尼龍66 材料,玻璃纖維增強尼龍66復合材料具有更高的剛性和模量、尺寸穩定性好、沖擊強度高等優勢,且成本較低,可廣泛用于汽車發動機進氣管、中冷管、罩蓋以及汽車轉向系統傳感器罩蓋、底盤系統用殼體等相關零部件中。
一、 高性能纖維增強尼龍復合材料
碳纖維增強聚合物基復合材料已在某些領域逐漸取代玻璃纖維增強復合材料、鋁合金和鋼材的趨勢。隨著技術、工藝的進步,將在新能源(風能發電大型輕量化葉片)、汽車(保險杠、剎車片、葉輪等)和航空航天(飛機結構件及零部件等)、機械、電子、體育運動器材和醫療器材等領域有很好的發展前景。
研究人員對比了纖維含量約為30%時,碳纖和玻纖增強PA66材料的機械性能。對比發現碳纖增強PA66 復合材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量均有大幅度提高。同時,碳纖維的加入極大降低了尼龍材料的熔融指數,這是因為在復合材料中,碳纖維在尼龍66基體間穿插,使復合材料的熔融狀態流動速率變差,及內摩擦力加大。
圖 碳纖維尼龍66杯架
玻纖增強尼龍66復合材料由于其綜合了無機玻璃纖維優異的力學性能、耐熱性能和尼龍66的韌性和容易加工的性能,該復合材料具有更為優異的綜合性能,而且該材料密度小、質量輕,所以廣泛應用于汽車的進氣歧管、發動機罩蓋、側門尾門、后視鏡連接件、風扇葉片等零部件。
安徽中翰高分子科技有限公司龔夢晴等人[1],研究了玻纖含量對汽車用玻纖增強尼龍復合材料性能的影響,研究結果表明:在試驗范圍內,玻纖增強尼龍66復合材料的物理機械性能隨著玻纖含量的增加改善明顯,當玻纖在復合材料中添加的比例為50%時,相比于純尼龍66樹脂材料,玻纖增強尼龍66復合材料的拉伸強度、彎曲模量、彎曲強度和沖擊強度性能都提高顯著,分別提高了229%,445%,227%和338%;當玻纖質量含量達到25%時,玻纖增強尼龍66復合材料的熱變形溫度高達240℃,相比于純尼龍66樹脂材料,熱變形溫度提高了269%。
連續碳纖維增強復合材料具有高強度、剛性、耐磨、耐高溫和輕量化等優點,適用于需要高性能且輕量化的領域。將3D打印技術用于制備連續碳纖維增強復合材料則具有更高效、低成本、高材料利用率和靈活生產等優勢。
馮嘉偉等人[2]研究了擠出寬度、層厚、打印溫度對打印材料拉伸性能以及彎曲性能的影響,并探究了退火后處理對材料力學性能的影響。研究表明,當擠出寬度為0.65 mm、層厚為0.1 mm且退火后處理時,復材的拉伸性能最優,打印溫度的影響較小。
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