改性滑石粉对PA6/BF复合材料性能的影响

涂料应用

填充母粒制备

粉体加工与改性

培训现场

尼龙6（PA6）是一种应用广泛的工程塑料，具有良好的耐热性、机械性能与加工性能，广泛应用于汽车、机械、航空航天等领域。由于PA6存在吸水性大，尺寸稳定性差和韧性较低的问题，为满足使用要求，需要对PA6进行改性处理。玄武岩纤维（BF）性能优异，并且天然环保，因此通常采用BF增强PA6来提高材料的强度与韧性。在纤维增强复合材料基础上，添加第二项无机粒子可以进一步增强复合材料的性能。

滑石粉（Talc）属于层状硅酸盐矿物，其润滑性能较好且化学性质稳定，是一种性价比较高的填料，经常被引入聚合物材料中来提高材料的强度与韧性。

滑石改性

按照无水乙醇与去离子水为9:1比例配制乙醇水溶液，加入偶联剂KH-550，配制成质量分数为2.5%的KH-550溶液，常温机械搅拌30min以水解偶联剂。将一定量的Talc浸入已经配好的KH-550水溶液，常温下磁力搅拌30min，以形成氨基官能化的Talc，记为KH-Talc。最后，将KH-Talc在120℃的烘箱中干燥2h，然后在60℃烘箱中储存。

FT-IR图谱

Talc与KH-Talc的FT-IR图谱如图1所示；改性前Talc主要存在1015cm-1和710cm-1处的Si-O-Si不对称与对称伸缩振动峰，在460cm-1处存在Si-O-Si弯曲振动峰，并且在3433cm-1处存在O-H的伸缩振动峰。改性后的KH-Talc出现新的基团特征峰，2920cm-1和2850cm-1处分别为C-H的不对称和对称伸缩振动峰，在3354cm-1和1574cm-1处出现N-H的伸缩与弯曲振动峰，表明将含有氨基的偶联剂成功引入粒子表面。

图1 Talc和KH-Talc的FT-IR图谱

力学性能

复合材料的力学性能如图2所示，随着填料填充量的增加，复合材料的拉伸、弯曲以及冲击强度均呈现先增加后降低趋势，且KH-Talc/PA6/BF体系的力学性能均高于Talc/PA6/BF体系，是因为经过偶联剂改性后，KH-Talc与基体PA6的界面结合力较强。当KH-Talc的填充量为10 phr时，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度最大值达到130.45 MPa、185.42 MPa和17.55 kJ/m2。

（a）

（b）

（c）

图2 填料对复合材料力学性能影响

（a）拉伸性能；（b）弯曲性能；（c）冲击性能

扫描电镜图

Talc与KH-Talc的扫描电镜照片如图3（a）和（b）所示，改性前后的Talc均保持不规则的块状结构，粒径约在10μm左右。如图3（a）所示，改性前的Talc表面较为光滑，无明显的凹凸结构。经过偶联剂改性后，KH-Talc表面较为粗糙（如图3（b）），可以观察到明显的附着物，这是偶联剂水解后在粒子结合后导致。悬臂梁试样的断口界面的SEM图如图3（c）和（d）所示。从图3（c）可以看出，在PA6/BF试样中，BF排列不规则，基体没有明显的分散相，断裂面为相对平坦，并且在断裂过程中基体没有撕裂，表现出脆性。如图3（d）所示，加入KH-Talc后，材料断面产生片层结构，当受到外力作用时，片层之间的基体可以实现应力叠加，并不断产生新的表面来吸收大量能量。

图3 复合材料SEM

（a）Talc（b）KH-Talc；悬臂梁试样断口的SEM图；

（c）PA6/BF；（d）10KH-Talc/PA6/BF

CONCLUSION

结论

对无机粒子Talc 进行表面改性，对PA6/BF 复合材料进行填充改性。实验结果表明：改性后的KH-Talc 的增强效果优于Talc，当KH-Talc 的填充量为10phr 时，复合材料的力学性能最佳，拉伸强度为130.45MPa，弯曲强度为185.42MPa，冲击强度为17.55kJ/m2。

来源：于开锋等，《改性滑石粉对PA6/BF复合材料性能的影响》，由中国非金属矿信息平台编辑整理。

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