朱能貴1，2，曾祥補1，2，沈 超2，李勝男2，龔 維1，蔣團輝1，2*
( 1. 貴州大學 材料與冶金學院，貴州 貴陽 550025；2. 國家複合改性聚合物材料工程技術研究中心，貴州 貴陽 550022 )
摘 要： 通過改變注塑壓力、注塑速度、模具溫度、注塑溫度等注塑成型工藝參數，研究了兩種製樣方式對改性聚酰胺(PA)6抗衝擊性能的影響。結果表明：相同注塑成型工藝條件下，自帶缺口試樣的衝擊強度都高於自製缺口的試樣；注塑壓力和注塑速度對自帶缺口試樣的衝擊強度影響較大，但對自製缺口試樣的衝擊強度影響不大；模具溫度和注塑溫度對兩種製樣方式的PA6的缺口衝擊強度影響均較大。
關鍵詞： 聚酰胺 製樣方式 注塑工藝 抗衝擊性能
近年來，聚合物改性技術不斷創新，塑料成型技術發展迅速，塑料產品質量不斷優化。抗衝擊性能是評價材料韌性的一項重要指標，抗衝擊性 能實驗是在衝擊負荷的作用下測定材料的衝擊強度，由於聚合物自身組織結構、成型工藝等的不同，其衝擊強度也各不相同。通過抗衝擊性能實驗可評價聚合物在高速衝擊狀態下抵抗衝擊的能力，可判斷聚合物的脆性和韌性[1]。聚酰胺(PA)6是常用的工程塑料，其尺寸穩定，耐熱，耐磨，電絕緣性和力學性能優異，應用廣泛[2-3]。通常可以通過填充玻璃纖維、橡膠、碳填料等來改善PA6的抗衝擊性能，通過調節配比、工藝條件等實現目標性能，以達到實際生產需要[4-6]。因此，研究PA 6的抗衝擊性能對其應用、開發與配方設計等具有重要意義。本工作通過特別設計的缺口衝擊強度測試專用模具，在不同注塑成型工藝下，探究改性PA6注塑後自帶缺口和注塑後自製缺口兩種製樣方式下抗衝擊性能的差異。
1 實驗部分
1.1 主要原料與儀器
PA6M2400，廣東新會達錦綸股份有限公司；玻璃纖維ECS301，單絲長度為3mm，直徑為10μm，重慶國際複合材料股份有限公司。
CTE-35型擠出機，科倍隆(科亞)南京機械有限公司。CJ80M3V型注塑機，震德塑料機械有限公司。BC1400-B型擺錘式衝擊試驗機，QYJ1251型缺口型製樣機，美特斯工業係統(中國)有限公司。GC2019型缺口衝擊強度測試專用注塑模具，貴州省材料產業技術研究院。
1.2 試樣製備
1.2.1 改性材料的製備
按質量比為70∶30稱取適量幹燥後的PA6和玻璃纖維，在高速混合機中混合均勻，然後通過擠出機擠出後經冷卻、幹燥、切粒，得到玻璃纖維增強的改性PA6，備用。擠出機1~8區溫度分別為220，230，240，240，240，230，230，220℃，機頭溫度為220℃，螺杆轉速為350 r/min。
1.2.2 注塑樣條的製備
將改性PA6顆粒在100℃條件下幹燥4h，然後根據設計的工藝條件注塑成衝擊測試標準樣條，不同工藝條件注塑的自帶缺口和無缺口的測試樣條各取50根，測試樣條規格為80mm×10mm×4mm。
1.2.3 衝擊測試樣條的製備
將注塑成型後的樣條按兩種不同的製樣方式製成衝擊測試樣條。製樣方式一是指樣條的缺口直接注塑成型，即注塑成型後的樣條自帶缺口，可直接用於缺口衝擊強度測試；製樣方式二是指注塑成型的樣條無缺口，需自製缺口才能進行缺口衝擊強度測試。見圖1。
圖1 缺口衝擊強度測試專用注塑模具部分結構
1.3 測試與表征
懸臂梁缺口衝擊強度按GB/T 1843—2008測試。注塑後無缺口的試樣通過缺口型製樣機自製標準缺口，A型缺口，缺口深度為2mm。
2 結果與討論
2.1 注塑壓力對PA6缺口衝擊強度的影響
從圖2可以看出：隨注塑壓力的升高，采用製樣方式一製備的試樣衝擊強度不斷提高，壓力由30%增加到50%時，缺口衝擊強度由8.58 kJ/m2提高到9.76 kJ/m2，提高了12%，這是由於注塑壓力增大，熔融樹脂在模具突出部分受到的剪切力增大，流動速率增加，注塑樣條組織比較均勻、飽滿，抗衝擊性能更強，注塑壓力過低會使樣條表麵產生凹陷，從而使注塑樣條抗衝擊性能減弱[7]。而采用製樣方式二製備的試樣缺口衝擊強度變化不大，基本在7.40 kJ/m2左右波動，說明注塑壓力對常規注塑成型後自製缺口試樣的缺口衝擊強度影響不大。注塑壓力相同，製樣方式不同時，采用製樣方式一製備的試樣缺口衝擊強度更高。
圖2 注塑壓力對兩種製樣方式下PA 6缺口衝擊強度的影響
2.2 注塑速度對PA6缺口衝擊強度的影響
從圖3可以看出：注塑速度相同時，采用製樣方式一製備的試樣缺口衝擊強度都高於采用製樣方式二製備的試樣缺口衝擊強度。說明通過模具設計使注塑成型得到標準的自帶缺口衝擊試樣，其缺口衝擊強度大於需後期自製缺口的試樣。隨注塑速度的增加，采用製樣方式一製備的試樣衝擊強度先增加後減小，在注塑速度為50%時達到最大；自製缺口的試樣，其缺口衝擊強度隨注塑速度的變化不大，在7.20 kJ/m2左右波動，在注塑速度為40%時，其缺口衝擊強度略高於其他注塑速度時的值，說明注塑速度對常規注塑後自製缺口的試樣的缺口衝擊強度影響不大。
圖3 注塑速度對兩種製樣方式下PA 6缺口衝擊強度的影響
2.3 模具溫度對PA6缺口衝擊強度的影響
從圖4可以看出：模具溫度相同，采用製樣方式一製備的試樣缺口衝擊強度都高於采用製樣方式二製備的試樣。隨模具溫度的提高，兩種試樣缺口衝擊強度總體呈上升趨勢；模具溫度為100，120℃時，兩種試樣的缺口衝擊強度都很高，100℃時出現峰值，此時兩種試樣缺口衝擊強度都最高。這是由於隨著模具溫度的提高，有利於熔體順利充模，防止了熔體過早凝固，使高分子鏈有足夠時間進行鬆弛，強迫凍結的分子鏈減少，內應力減小，缺口衝擊強度也呈升高趨勢；模具溫度為120℃時，成型後由於模具溫度過高會使試樣的收縮率加大，內應力增加，衝擊強度有所降低[8]。同時，模具溫度較低時，注塑時型腔內溫差較大，熔體進入型腔後快速冷卻，分子鏈段運動被凍結，造成分子鏈間的內應力無法釋放，衝擊強度相對較低，所以模溫較低時，兩種試樣缺口衝擊強度都相對較低。
圖4 模具溫度對兩種製樣方式下PA 6缺口衝擊強度的影響
2.4 注塑溫度對PA6缺口衝擊強度的影響
從圖5可以看出：注塑溫度為260℃時，兩種試樣缺口衝擊強度都最高，說明在260℃時注塑，所用的改性PA6可得到最優的缺口衝擊強度；相同的注塑溫度下，采用製樣方式一製備的試樣缺口衝擊強度都高於采用製樣方式二製備的試樣。當注塑溫度為270℃時，較高的溫度容易引起PA6的分子鏈斷裂，導致PA6降解，使其抗衝擊性能下降，試樣的缺口衝擊強度較低[9]。當注塑溫度較低時，熔體黏度大，流動性較差，注塑試樣中存在較大的內應力，造成試樣的抗衝擊性能下降，缺口衝擊強度較低，所以當注塑溫度低於260℃時，兩種試樣缺口衝擊強度都相對較低。
圖5 注塑溫度對兩種製樣方式下PA 6缺口衝擊強度的影響
3 結論
A）注塑工藝相同，製樣方式不同時，自帶缺口的試樣缺口衝擊強度較自製缺口的試樣缺口衝擊強度高。
b）相同工藝條件下，隨注塑壓力的升高，采用製樣方式一製備的試樣衝擊強度不斷提高，但采用製樣方式二製備的試樣缺口衝擊強度變化不大；隨注塑速度的增加，采用製樣方式一製備的試 樣衝擊強度先增加後減小，在注塑速度為50%時達到最大；自製缺口的試樣，其缺口衝擊強度隨注塑速度的變化不大。
c）相同工藝條件下，模具溫度和注塑溫度對兩種試樣缺口衝擊強度影響較大；當模具溫度為100℃，注塑溫度為260℃時，兩種試樣的缺口衝擊強度都最大。
參考文獻
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