La poliamida se conoce comúnmente como nailon (PA), su característica principal es que la cadena principal del polímero contiene una gran cantidad de grupos amida, estos grupos amida son fáciles de formar enlaces de hidrógeno entre sí y la fuerza entre Las cadenas moleculares de PA son fuertes. Por lo tanto, el PA tiene las características de alta cristalinidad, alta dureza superficial, buena estabilidad química, alta resistencia a la tracción y flexión, resistencia al desgaste, resistencia al calor, etc.

Sin embargo, existen muchos defectos en la PA, entre los cuales los principales defectos son que la temperatura y la humedad del ambiente externo tienen una gran influencia en la resistencia al impacto, la estabilidad dimensional y la absorción de agua de la PA.

Los materiales de PA puro en muchos casos no pueden satisfacer las necesidades de uso reales. Por lo tanto, normalmente es necesario considerar la modificación.

Modificación de materiales de PA agregando modificadores inorgánicos o mezclándolos con otros polímeros para preparar aleaciones que cumplan con los requisitos de alto rendimiento de alta resistencia, resistencia al desgaste, resistencia a bajas temperaturas, etc.

En comparación con los modificadores orgánicos, los modificadores inorgánicos tienen mayor resistencia y estabilidad térmica, lo que los convierte en los principales modificadores del PA. Los modificadores inorgánicos para la modificación de PA incluyen principalmente partículas inorgánicas como carbonato de calcio y materiales fibrosos como fibra de vidrio (GF).

GF no sólo tiene un bajo costo, sino que también tiene una alta resistencia a la tracción, un bajo alargamiento a la rotura, un alto módulo elástico, buenas propiedades mecánicas, resistencia al calor y estabilidad dimensional, entre otras propiedades. Gf es un material modificado con polímeros de uso común con buenas propiedades.

Existen muchos estudios sobre la modificación de la PA por el GF. Sin embargo, todavía existen grandes diferencias en las propiedades mecánicas y térmicas de varios compuestos de PA/GF informados. Esto se debe a que las propiedades de los compuestos de PA/GF se ven afectadas por muchos otros factores además del contenido de PA y GF.

Por ejemplo, la fuerza de interfaz de GF y PA (tratamiento de superficie de GF, modificación de la matriz de PA), el diámetro de GF, la combinación de tornillo de la extrusora y el efecto sinérgico de GF y otros rellenos inorgánicos.

Parte de la cámara hecha de LFT-G®ï¸ PA66+GF40

En base a los factores anteriores, en este artículo se revisan las influencias de los compuestos PA/GF.


1. El efecto de la fuerza interfacial entre la matriz de PA y GF sobre las propiedades de los compuestos PA/GF

1) Influencia de la modificación de la superficie de la fibra de vidrio en las propiedades de los compuestos PA/GF

Debido a la gran diferencia de polaridad entre la resina GF y PA, la compatibilidad entre las dos es pobre y la fuerza de interfaz entre las dos es débil. Cuando se somete a una fuerza externa, es fácil que se produzca la desadhesión de la interfaz entre GF y PA, lo que afecta seriamente el efecto de mejora de GF en PA.

Por lo tanto, la modificación orgánica de la superficie del GF generalmente se lleva a cabo para mejorar la compatibilidad entre el GF y el PA, la fuerza de interfaz entre el GF y el PA y la dispersión del GF en la matriz del PA.

El agente de acoplamiento es un tipo de compuesto con estructura especial, que tiene grupos que pueden interactuar con materiales inorgánicos como vidrio, cemento, metal y materiales orgánicos como resina sintética. Puede usarse para mejorar la compatibilidad entre dos o más sustancias y tiene una amplia gama de aplicaciones.

El agente de acoplamiento comúnmente utilizado para la modificación de la superficie de GF es principalmente un agente de acoplamiento de silano; además, el agente de acoplamiento de titanato también se usa para la modificación de la superficie de GF.

Debido a que el agente de acoplamiento de titanato es fácil de hidrolizar en agua, se genera una gran cantidad de burbujas y el material de PA es fácil de absorber agua, lo que limita la aplicación del agente de acoplamiento de titanato para modificar GF en la matriz de PA.

*Sun Peng et al. estudió el efecto de la concentración del agente de acoplamiento de silano aminopropil trietoxisilano (KH550) en solución acuosa y la modificación de GF por diferentes agentes de acoplamiento de silano (cianoetil trietoxisilano, KH550 y γ-glicidil éter oxipropil trimetoxisilano (KH560)) sobre las propiedades de PA6/ Compuestos GF.

*Los resultados muestran que las propiedades de los compuestos PA6/GF modificados con una solución acuosa de KH550 al 1,5% son las mejores. En comparación con KH550 y KH560, las propiedades de los compuestos PA6/GF modificados con cianoetil trietoxisilano son mejores.

*Sin embargo, se mejoraron las propiedades de tracción, flexión e impacto de los compuestos PA6/GF modificados por tres agentes de acoplamiento de silano. Esto se debe a que la superficie del GF sin tratar es lisa y es fácil de retirar de la matriz de PA6. La fuerza de interfaz entre la matriz GF modificada y PA6 es grande y la sección transversal de tracción está entrelazada.

Además, el modificador de superficie GF comúnmente utilizado en la industria es a menudo una mezcla de una variedad de sustancias, llamado infiltrado. En la actualidad, el agente infiltrante GF común tiene muchos componentes, entre los que se incluyen principalmente agente formador de película, agente de acoplamiento, lubricante, agente antiestático, etc. Entre ellos, el agente formador de película determina que la calidad del agente infiltrante es muy importante.

*Li Cuihong et al. sintetizó un agente formador de película de poliuretano modificado con resina epoxi para modificar GF y preparó compuestos PA66/GF. Los resultados muestran que debido a la presencia del grupo epoxi, el GF modificado puede reaccionar químicamente con el grupo amida en la resina PA66, y la fuerza de interfaz entre el GF y la resina PA aumenta significativamente, lo que mejora las propiedades mecánicas y la resistencia a la hidrólisis de PA66/ Compuesto GF.


*GF fue modificado por un agente de acoplamiento de silano y se aplicó a compuestos de PA, pero el efecto de modificación fue pobre. Por lo tanto, en los últimos años, los investigadores han modificado GF sintetizando nuevos agentes de acoplamiento de silano o utilizando otros modificadores de superficie, y los han aplicado a la matriz de PA para mejorar aún más la fuerza de interfaz entre GF y PA.
*Liu Yuku et al. sintetizó un nuevo agente de acoplamiento de silano (N1-A) usando cianoetil triclorosilano y anhídrido acético, y lo usó para modificar la superficie de GF.

*A diferencia del estudio de Sun Peng et al., en comparación con el compuesto de PA modificado KH550, cuando el nuevo agente de acoplamiento N1-A es solo el 0,5% de la solución de tratamiento modificador de superficie, la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la flexión Los módulos del compuesto PA6/GF modificado son significativamente mayores.

*Esto se debe a que el N1-A se hidroliza a ácido acético y, bajo la condición de catálisis ácida, se forman aún más grupos amida y grupos de ácido carboxílico, y los grupos amida generados forman enlaces de hidrógeno con la matriz PA6, mientras que los grupos de ácido carboxílico pueden reaccionar químicamente. con enlaces amida en la matriz PA6, mejorando la fuerza de interfaz entre la matriz PA y GF.

De hecho, en el proceso de uso del agente de acoplamiento de silano, se generan compuestos volátiles de moléculas pequeñas como metanol y etanol, lo que genera ciertos peligros ambientales.

*Basado en el principio biónico de la adhesión del mejillón, Luo Kaiqiang et al. dopamina recubierta con éxito en la superficie de GF mediante el método de oxidación/autopolimerización. Debido a la presencia de muchos grupos polares en la superficie de la dopamina, se formó una fuerte interacción de enlaces de hidrógeno entre la matriz de GF y PA, y se formó una fuerte fuerza interfacial entre GF y PA.

*Los resultados experimentales muestran que el efecto de mejora de GF en PA6 es mejor que el de GF modificado por KH550, y el método es ecológico y económico, y el proceso de preparación es simple.

En resumen, el objetivo principal de los agentes de acoplamiento u otros modificadores de superficie es mejorar la fuerza interfacial entre la matriz GF y PA. Las propiedades mecánicas y la resistencia a la hidrólisis de los compuestos de PA/GF mejoran enormemente al aumentar la fuerza interfacial entre la matriz de GF y PA.

Pieza de automóvil hecha de LFT®ï¸ PA66+GF

2) Efecto de la modificación de la matriz de nailon sobre las propiedades de los compuestos PA/GF

Además de la modificación de la superficie de GF, la matriz de PA se puede modificar aún más aumentando la fuerza de la interfaz PA/GF. La modificación de la matriz PA incluye principalmente agregar compatibilizadores u otros modificadores a la matriz PA. Estos modificadores pueden mejorar la fuerza de interacción entre la matriz de PA y GF y mejorar las propiedades mecánicas de los compuestos de PA/GF.

*Zhou Lihua et al. Se añadió copolímero de etileno-octeno injertado con anhídrido maleico (POE-g-MAH) en compuestos PA6T/GF como agente endurecedor por capacitación. Los resultados muestran que cuando el contenido de POE-g-MAH es del 5 %, la resistencia a la tracción de los compuestos PA6T/GF aumenta aproximadamente un 20 % y la resistencia a la flexión aumenta un 10 %.

Esto se debe a que el anhídrido de ácido en la cadena POE-g-MAH puede reaccionar químicamente con el grupo amida en la cadena molecular PA66 y también puede reaccionar con el grupo hidroxilo en la superficie de GF, aumentando la fuerza de interfaz entre GF. y PA66.

La superficie de GF en el compuesto PA6T/GF/POE-g-MAH con una fuerte fuerza interfacial es rugosa, lo que indica que la unión entre GF y la resina PA es buena. La superficie de GF es lisa y fácil de extraer en la sección compuesta con poca fuerza interfacial.

En resumen, los compatibilizadores mejoran las propiedades mecánicas de los compuestos al aumentar la fuerza de interacción entre GF y PA.

Además de los compatibilizadores, algunos modificadores de flujo también pueden mejorar las fuerzas interfaciales entre la matriz de PA y GF.

*Dohyun y col. preparó tres modificadores de flujo HMDA, DMDA y MCHA usando hexanodiamina, dodecametilendiamina, 4,4 '-metilen bis (ciclohexanamida) y ácidos grasos, respectivamente, para modificar compuestos PA66/GF.

*La adición de modificador de flujo no solo mejora la fluidez de los compuestos PA66/GF, sino que también produce enlaces de hidrógeno tanto con PA66 como con GF debido a la presencia de un enlace amida en la cadena principal del modificador de flujo, lo que aumenta la interfase. fuerza entre la matriz GF y PA66 y mejora la dispersión de GF en la matriz PA66. Se mejoran la resistencia a la tracción y el módulo de flexión de los compuestos PA66/GF.

En resumen, la fuerza de interacción entre GF y la matriz de PA se puede mejorar modificando tanto la superficie de GF como la matriz de PA, mejorando así la dispersión de GF en la matriz de PA y mejorando las propiedades mecánicas de los compuestos de PA/GF.

2. La influencia del diámetro del GF en las propiedades de los composites PA/GF

Además de la fuerza interfacial entre la matriz de PA y GF, las propiedades de GF también son un factor importante que determina las propiedades de los compuestos de PA/GF. Por ejemplo, el diámetro de GF, como tamaño, resistencia, módulo y otras propiedades mecánicas. En la actualidad, la diferencia entre la resistencia y el módulo de GF en el mercado es pequeña y el diámetro de GF es grande. Se ha demostrado que el diámetro del GF tiene una gran influencia en las propiedades de los compuestos PA/GF.

*Zhijian Zhang et al. calcularon teóricamente las áreas de contacto entre la resina GF y PA66 con diferentes diámetros (15, 13, 11 y 10μm). Los resultados muestran que la relación del área de contacto entre la resina de matriz GF y PA66 es 1:1,1 â¶1,3â¶1,5.

*Los resultados experimentales muestran que la resistencia a la tracción y la resistencia al impacto de los compuestos PA66/GF aumentan con el aumento del área de contacto entre GF y la matriz. Esto se debe a que cuanto mayor sea el área de contacto entre la resina GF y PA, mayor será la fuerza interfacial entre ellas. Además, con el aumento del diámetro de GF, la superficie de GF se vuelve más suave y el "grado de bisagra" con la resina disminuye.

*Tang Youqian et al. Estudió las diferencias de rendimiento de los compuestos PA6/30%GF con diferentes diámetros GF, y los resultados se muestran en la Tabla 1. Como puede verse en la Tabla 1, cuanto menor es el diámetro de GF, mayor es la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la resistencia a la flexión. módulo y resistencia al impacto del material, y mayor será el índice de flujo de fusión. Sin embargo, cuando el diámetro del GF es inferior a 10 μ m, su precio aumenta considerablemente, el rendimiento de costos es bajo y el valor de uso real es bajo.

3. La influencia de la combinación de tornillos en el rendimiento de los composites PA/GF

Además de los componentes compuestos de PA/GF mencionados anteriormente, la tecnología de procesamiento también es uno de los factores que determinan el rendimiento de los compuestos de PA/GF. Entre ellos, la combinación de tornillos para preparar la extrusora de compuestos PA/GF es la más influyente.

Esto se debe a que la combinación de tornillos determina en gran medida la longitud y la dispersión de GF en la matriz de PA. Los resultados muestran que cuando la longitud del GF en la matriz de PA varía de 300 a 400 µm, el efecto de fortalecimiento y endurecimiento del GF en la matriz de PA es mejor, y el efecto de fortalecimiento y endurecimiento de un GF demasiado largo o demasiado corto en la matriz de PA es pobre.

Esto se debe a que es difícil que el GF demasiado corto penetre en la matriz y que el GF demasiado largo sea difícil de dispersar uniformemente en la matriz de PA. Según la acción del tornillo, la fuerza cortante del tornillo tiene una gran influencia en la longitud de GF. La combinación de tornillo de polímero reforzado GF consta de una sección de alimentación, una sección de fusión, una segunda sección de alimentación, una sección de mezcla y una sección de escape, en las que la longitud de GF se ve afectada principalmente por la sección de mezcla.

Para obtener la longitud adecuada de GF y su buena dispersión en la matriz de PA, la capacidad de corte del tornillo se puede ajustar aumentando o reduciendo el número de bloques de malla y ajustando la posición de los bloques de malla en el tornillo. El método de combinación de tornillos específico debe determinarse según el número de modelo del extrusor, la relación longitud-diámetro del tornillo y otros factores.

Además de los bloques de engrane, en la preparación de composites PA/GF son eficaces elementos roscados con formas especiales, como placas dentadas y placas dentadas invertidas. El elemento de disco de engranaje puede mejorar la dispersión de GF y reducir su desgaste en GF.

Entre ellos, debido a la apertura del borde en espiral del elemento de disco dentado SME, se reduce su capacidad de transporte y de descompresión, y se aumenta el grado de llenado del material en la ranura en espiral, lo que extiende el tiempo de residencia de la materia. Por lo tanto, el elemento de placa dental se utiliza en la combinación de tornillos y la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la resistencia al impacto del compuesto PA66/GF mejoran significativamente.

*Chen Baiquan et al. diseñó tres combinaciones de tornillos para la sección de mezcla de la extrusora para preparar compuestos de PA6 con alto contenido de GF.
Los resultados muestran que al usar 1 juego de bloques de engrane grueso y 1 juego de elementos de mezcla de dientes SME, y agregar 2 juegos de combinación de tornillos de bloque de engrane delgado, combinados con la alimentación del segundo lado agregando GF, la uniformidad de dispersión de GF en el material compuesto PA6/GF preparado es mejor y la longitud está entre 300 y 500 µm. Las propiedades mecánicas de los compuestos PA6/GF han mejorado enormemente.

*Jiang Zhaoyin y otros. aplicó la placa dentada inversa a la preparación del tornillo compuesto PA66/GF y diseñó una variedad de combinaciones de tornillos.
La investigación muestra que, en comparación con el bloque de engrane, la placa dentada inversa no solo puede mezclar PA66 y GF de manera uniforme, mejorar la eficiencia del transporte, sino también reducir adecuadamente la resistencia al corte del tornillo y reducir el grado de desgaste del GF bajo estado fundido. corta, garantiza la longitud y la integridad del GF, reduce los defectos del material compuesto PA66/GF y mejora las propiedades mecánicas del material compuesto.

El estado de la investigación anterior muestra que se pueden obtener compuestos PA/GF con mejor rendimiento utilizando la combinación de tornillo de elementos de bloque de engrane, placa dental y placa dental inversa. Al mismo tiempo, la combinación de tornillos está estrechamente relacionada con la posición de alimentación de GF, y las posiciones relativas del bloque de engrane, la placa dentada y los elementos de la placa dentada inversa deben ajustarse de acuerdo con el modo de alimentación de GF para lograr el mejor tornillo. cizalla.

4. El efecto del efecto sinérgico del GF y otros rellenos inorgánicos sobre las propiedades de los compuestos de PA

GF desempeña un papel obvio en la mejora de las propiedades mecánicas del PA, pero también hace que la matriz de PA sea quebradiza y la muestra parezca mala.

Las nanopartículas inorgánicas tienen una gran superficie específica y muchos sitios activos en la superficie, y pueden modificarse mediante varios tipos de tensioactivos para mejorar su compatibilidad con los materiales de PA. Por ejemplo, las nanopartículas inorgánicas modificadas pueden reaccionar químicamente con los grupos amida de los materiales PA para producir una buena fuerza interfacial, que es mucho mayor que la fuerza de Van der Waals.

Al mismo tiempo, las cargas inorgánicas tienen varias formas, como granulares, en escamas, fibrosas, etc., y las diferentes formas de cargas inorgánicas tienen diferentes efectos de modificación. Por lo tanto, los rellenos inorgánicos pueden mejorar los defectos de rendimiento de los compuestos PA/GF, y la modificación sinérgica de PA mediante rellenos inorgánicos y GF puede mejorar aún más el rendimiento de los compuestos PA/GF.

En los compuestos PA/GF, se utilizan ampliamente rellenos inorgánicos en escamas, incluidos talco en polvo y montmorillonita.

*Yang Zhen y otros. estudió el efecto de la proporción de talco y GF sobre las propiedades mecánicas del compuesto PA66.

*Los resultados muestran que, en comparación con PA66 puro, PA66/30 % talco en polvo y PA66/30 % GF, la resistencia a la tracción, la flexión y el impacto de los compuestos mejoran significativamente cuando la relación de masa de PA66/talco/GF es 70/5. /25.

Esto se debe al hecho de que el talco y el GF están uniformemente dispersos en la matriz de PA66. Cuando el material se somete a tensión, la concentración de tensión de las partículas de talco provoca la deformación de la matriz de PA y la formación de líneas plateadas, que absorben una gran cantidad de trabajo de deformación.

Además, la orientación multiaxial del GF a lo largo del talco laminar hace que el "esqueleto" del GF sea capaz de soportar una mayor tensión. El GF y el talco aprovechan al máximo sus respectivas ventajas. Por lo tanto, el efecto de mejora sinérgico del GF y el relleno inorgánico en la matriz de PA se puede lograr agregándolos apropiadamente. Este fenómeno también se ha verificado en el estudio de preparación de materiales compuestos espumados de PA6/GF/talco realizado por Shen Chao et al.

Al mismo tiempo, el talco tiene un efecto lubricante, puede reducir el fenómeno de la fibra flotante de los materiales compuestos e inhibir la deformación por deformación de las muestras de inyección. Cuando la relación de masa de PA66/GF/talco es 70/10/20, las propiedades aparentes del compuesto mejoran significativamente.

*Además, Hu Jin et al. utilizó montmorillonita orgánica (OMMT) para modificar PA66 con GF. Los resultados muestran que cuando la relación de masa de PA66/GF/MMT es 100/25/7, la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la resistencia al impacto de los compuestos PA66/GF/OMMT alcanzan el valor máximo, que es mejor que el de los compuestos PA66. con la adición de GF u OMMT solo.

*Esto se debe al hecho de que la capa de OMMT se elimina y se dispersa uniformemente en la matriz de PA66, y OMMT actúa como agente nucleante en la matriz de PA66, lo que mejora la cristalinidad de PA66 y, por lo tanto, mejora la resistencia del compuesto. .

Además de los rellenos inorgánicos escamosos, algunos estudios han utilizado rellenos inorgánicos aciculares y GF para comodificar el PA.

*Ma y sus colegas prepararon compuestos de PA6/GF/wollastonita mediante mezcla en estado fundido, lo que mejoró la resistencia a la tracción y la resistencia a la flexión de los compuestos, y también mejoró las propiedades superficiales de la PA6 reforzada con GF.

*GF puede mejorar significativamente la PA6, mientras que la wollastonita puede reducir la contracción del compuesto. Cuando la cantidad total de wollastonita y GF es del 30% (la proporción de masa de wollastonita a GF es 1â¶2), las propiedades mecánicas y las propiedades superficiales del material son mejores.

Todos los estudios anteriores muestran que el compuesto PA/GF se puede modificar con rellenos inorgánicos aciculares o en escamas y GF, lo que puede proporcionar mejores propiedades mecánicas y aparentes de los compuestos PA/GF. Por lo tanto, la modificación sinérgica de PA mediante rellenos inorgánicos y GF se ha convertido en una importante dirección de investigación para los compuestos PA/GF.

5. Conclusión

En resumen, la literatura existente muestra que la fuerza de interfaz entre GF y PA se puede mejorar mediante la modificación de la superficie de GF y la modificación de la matriz de PA, se puede mejorar la dispersión de GF en la matriz de PA y las propiedades mecánicas y la resistencia a la hidrólisis de los compuestos de PA/GF. se puede mejorar. Cuanto menor sea el diámetro del GF, mejores serán las propiedades mecánicas de los compuestos PA/GF, pero cuanto menor sea el diámetro del GF, mayor será.

Las propiedades mecánicas de los compuestos PA/GF se pueden mejorar significativamente mediante el uso racional de un disco con forma de diente o un disco con forma de diente inverso y un bloque de engrane. Las propiedades mecánicas del compuesto de PA modificado por otros rellenos inorgánicos y GF son mejores que las modificadas por GF solo. Además, otros rellenos inorgánicos pueden mejorar el fenómeno de la fibra flotante de GF en la matriz de PA y obtener propiedades aparentes más excelentes.

En la actualidad, las principales direcciones de investigación de los compuestos de PA modificados con GF son el fortalecimiento, el endurecimiento, la resistencia al calor, la estabilidad dimensional, etc. En el futuro, las direcciones de investigación de los compuestos de nailon modificados con GF son las siguientes:

(1) Optimice los modificadores de superficie de GF, céntrese en desarrollar modificadores de superficie nuevos y eficientes, mejore aún más la fuerza interfacial entre la matriz y GF, mejore la dispersión de GF en la matriz de PA y obtenga compuestos de PA/GF con mayores propiedades mecánicas y térmicas. propiedades.

(2) Buscar mejores ayudas de flujo para mejorar la fluidez del procesamiento de los compuestos de PA/GF y reducir la degradación de la matriz de PA durante el procesamiento.

(3) Optimice la modificación sinérgica de PA por otros rellenos inorgánicos y GF, aclare el mecanismo sinérgico de GF y rellenos inorgánicos, mejore el rendimiento de los compuestos PA/GF y amplíe el rango de aplicación de los compuestos PA/GF.