碳纤维增强尼龙PA66

碳纤维尼龙PA66是一种重要的工程塑料，碳纤维则为复合材料的增强材料，二者的有机复合能够充
分发挥各自的优点，可制备出耐冲击性、耐热变形性优异以及抗拉、抗弯性能优良的碳纤维增强尼龙（ ＣＦ ／ ＰＡ ）复合材料。它已经在汽车、体育、航空航天等领域得到广泛应用，是汽车轻量化复合材料中*受关注的材料之一

对于碳纤维尼龙PA66 复合材料，主要以 ＰＡ６或 ＰＡ６６为基体，以短切或连续碳纤维为增强材料。目前短切碳纤维PA66 复合材料的成型方法以传统的挤出成型和注塑成型为主，即熔体流动成型，因此，研究复合材料的流变特性对其成型加工具有重要的指导意
义。彭树文利用 ＨＡＡＫＥ毛细管流变仪研究了碳纤维PA66的流 变 特 性 与 温 度 的 关 系，并 测 试 了碳纤维PA66的力学性能。 Ｍｏｌｎｒ　Ｓ等［ １２ ］ 通过双螺杆挤出、注射成型制备出碳纤维PA6复合材料，研究了碳纤维含量和注射速度对复合材料结构和性能的影响，发现随着碳纤维含量增大、注射速率提高，由于螺杆的剪切作用增强，导致复合材料中碳纤维长度变小，但刚性和 韧性越好。 Ｋａｒｓｌｉ等 ［
９ ］ 采用 挤 压复合和注塑技术制备了碳纤维PA6复合材料，研究了碳纤维长度和含量对复合材料机械性能、热性能和形态结构的影响。钱春香 ［１３ ］ 建立了热塑性树脂熔体渗透浸渍纤维的理论模型，并通过研究成型工艺参数、熔体黏度和纤维结构等实验条件对浸渍时间的影响，发现熔融尼龙树脂复合材料的理论纤维体积分数很难达到７０ｖｏｌ％以上。采用原位聚合方法能使尼龙 树 脂熔 体黏 度 降 低 几 个 数 量级，并能提高树脂基体熔体对纤维的浸渍效率，但是原位聚合尼龙６的耐热性能较差，且难于二次成型加工，其应用受到了严重的限制。

注塑成型过程中，注射压力越高则对注射机的要求越高，并容易导致制品缺陷的增加，同时，注塑过程中原料的温度对产品质量也有重要影响，过大的温差易导致熔体冷却不均匀，局部过热将导致树脂降解。因此，预先模拟出注射压力和熔体温度，进而得出复合材料注塑方案，并通过改进降低注塑成本并提高制品性能。本文采用毛细管流变仪和自制小型模具对碳纤维尼龙 ＰＡ６６颗粒的流变特性进行分析并对注塑成型进行模拟，建立了熔体流变曲线与成型工艺条件（成型温度和压力）之间的联系，为快速确定碳纤维尼龙ＰＡ６６的注塑成型工艺参数提供参考依据。

碳纤维尼龙ＰＡ６６材料热稳定性
图２为ＰＡ６６ 、碳纤维尼龙ＰＡ６６ － １０和碳纤维尼龙ＰＡ６６－２０三种颗粒的 ＴＧ曲线。采用双切线法可得三种颗粒的起始热分解温度 Ｔ ｄ ，以及三种颗粒的热分解残留量 Ｒ ，如表１所示。可知，随着 ＣＦ质量分数增加，三种颗粒的起始热分解温度依次升高，这说明碳纤维尼龙ＰＡ６６复合材料的热稳定性较ＰＡ６６好。在注塑成型时，设定的*高温度不能超过原料的起始热分解温度；另外，随着颗粒中 ＣＦ质量分数增加，样品的残留量也随之增加，在６００ ℃氮气氛围中，主要残余物为炭材料，据此可以评定原料颗粒中ＣＦ含量。

结 　 论
（１ ）炭纤维增强尼龙６６ （ ＣＦ ／ ＰＡ６６ ）复合材料熔体属于幂律流体，熔体黏度先随温度和压力的增大而减小，然后熔体流变特性进入牛顿区，此区域熔体流动性较稳定，适合于成型加工。
（２ ）随着ＣＦ质量分数的增加， ＣＦ ／ ＰＡ６６复合材料颗粒成型加工温度升高，未添加、添加１０ｗｔ％和２０ｗｔ％ＣＦ ／ ＰＡ６６三种颗粒的适宜成型温度分别
为２７８～２８５℃ 、 ２８０～２８７ ℃ 、 ２９０～２９８ ℃ ；通过对三种熔体进行 Ｂａｇｌｅｙ 压力校正，得出三种颗粒适宜 注 塑 成 型 的 * 小 压 力 分 别 为 ２４．３ ＭＰａ 、２９．４ＭＰａ 、 ３５．１ＭＰａ 。
（３ ）将毛细管流变仪模拟所得成型参数应用于注塑成型加工，通过制备出标准试样与毛细管流变仪制备的模拟拉伸试样性能进行对比，随 ＣＦ质量分数的增加，试样的拉伸强度和模量都显著增大，注塑机与毛细管流变仪制备试样的变化趋势完全吻合。

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