스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(SEBS), 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 에틸렌-옥텐 공중합체(POE), 말레산 무수물 그래프트가 나일론 6(PA6)의 강화 성능에 미치는 영향은 서로 다른 구조를 가진 세 가지 엘라스토머로 본 논문에서 검토합니다. 현미경 형태학적 관찰과 이론적 분석을 통해 기여 요소를 비교했습니다.

배경 설명

분자의 주쇄에 반복되는 아미드기((NHCO)가 있는 열가소성 수지를 통칭하여 나일론이라고 합니다. 고강도, 자체 윤활성, 내마모성, 내열성 등 뛰어난 특성을 지닌 반결정성 폴리머입니다. 이 엔지니어링 플라스틱은 매우 중요한 소재입니다. 높은 기계적 강도, 뛰어난 내마모성, 가공 및 성형 용이성 등의 장점으로 인해 나일론 6(PA6)는 전자 및 전기, 자동차 산업, 장비 사업 등 다양한 산업 분야에서 광범위하게 활용되어 왔습니다. 그러나 PA6는 심한 흡습성, 낮은 건조 및 저온 충격 강도, 약한 노치 인성 등의 단점으로 인해 산업 적용성에 제약이 있으며, 이에 따라 학계와 산업계 모두 나일론의 복합 개질에 많은 관심을 보이고 있으며, 엘라스토머 개질이 나일론의 충격 강도를 높이기 위한 주요 방법 중 하나로 사용되고 있습니다.기술적으로 블렌드의 충격 강도를 높이기 위해 엘라스토머 개질 및 강화는 소량의 엘라스토머와 경질 나일론 매트릭스를 녹이고 결합하여 나일론 매트릭스를 연속상으로, 엘라스토머 입자를 분산상으로 하는 미세 구조 형태를 만들어 블렌드의 충격 강도를 기술적으로 향상시키는 방법입니다. 기본 아이디어는 입자가 클수록 크레이즈의 팽창을 제어 할 수 있고 그로 인한 전단 밴드조차도 크레이즈를 멈추고 균열로 변하는 것을 막을 수 있지만 분산상으로서의 엘라스토머 입자는 외력의 작용으로 플라스틱 매트릭스에 많은 수의 크레이즈와 전단 밴드를 유발할 수 있다는 것입니다. 이 소재의 충격 강도는 거시적인 수준에서 크게 증가했습니다.

나일론 6의 인성 향상은 다양한 유형의 엘라스토머의 구조, 물리적 특성 및 습윤성에 따라 달라집니다. 이 글에서는 일반적으로 사용되는 세 가지 엘라스토머, 특히 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(SEBS), 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 에틸렌-옥텐 공중합체(POE) 및 다양한 조건에서의 나일론 6(PA6) 강화 성능에 대한 말레산 무수물 그래프트에 대해 중점적으로 설명합니다.

실험용 부분

1. 실험용 장비 및 소모품

모델 THE-35, 난징 올리 압출 기계 유한 회사, 공동 회전 트윈 스크류 압출기. 진자 충격 시험 장치: 마이스터 인더스트리 ZBC1251-B 모델. SEM: 주사 전자 현미경, 일본 히타치, 모델 S-4800.

SEBS: G1643M, 크라톤; EVA: E280PV, 한화종합석유화학; POE, Engage 8150, 다우케미칼; PA6: 3280H, 발링석유화학. 천진 케미우 화학 시약 유한회사는 말레산 무수물을 제조합니다. 아크조노벨의 트리고녹스 101 브랜드가 그 시초입니다.

2. 변형된 말레산 무수물 탄성체 만들기 2.

일정량의 말레산 무수물을 계량하고 완전히 가열하여 액체로 녹인 다음 불용성 물질을 걸러냅니다. 트윈 스크류 압출기를 사용하여 엘라스토머 입자, 액체 말레산 무수물, 개시제를 일정한 중량 비율로 고속 믹서에 첨가한 후 혼합물을 적절한 말레산 무수물로 압출하고 과립화합니다. 무수물이 접목된 엘라스토머. 압출기의 온도는 180°C에서 220°C 사이로 유지되고 회전 속도는 300rpm입니다.

3. 경화 복합 나일론 만들기

나일론 6 수지와 엘라스토머 입자의 정해진 양을 계량하고 정해진 중량 비율에 따라 고속 믹서에 넣고 3~5분 동안 균일하게 블렌딩합니다. 그런 다음, 혼합된 재료를 트윈 스크류 압출기에 넣고 압출하여 해당 강화 나일론 펠릿으로 분쇄합니다. 압출기의 온도는 240~260°C로 유지되고 회전 속도는 300rpm입니다.

4. 복합 강화 나일론의 특성

영향 규모

245°C에서 사출 성형을 사용하여 동등한 강화 나일론 펠릿을 위에서부터 노치 스플라인을 만들었습니다. 스플라인의 치수는 다음과 같습니다: 길이, 너비, 두께는 80 10 4 mm, 노치 높이는 2mm, 노치 깊이는 1.5mm입니다. 인성을 평가하기 위해 ISO 180 표준 절차를 사용하여 노치형 이조드 충격 강도를 테스트했습니다.

소규모 형태

엘라스토머의 분산상을 제거하기 위해 앞서 언급한 복합 나일론 샘플을 액체 질소에서 부서지기 쉽게 파쇄하고 뜨거운 자일렌으로 단면을 에칭했습니다. 건조된 후 백금으로 진공 도금하고 15KV Hitachi S-4800 전계 방출 주사 전자 현미경을 사용했습니다. 전압이 증가하는 동안 샘플의 형태를 조사했습니다.

결과 및 분석

1. 다양한 엘라스토머 종류와 그 비율이 PA6의 내충격성에 미치는 영향

세 가지 엘라스토머인 SEBS, EVA, POE를 모두 사용하여 PA6를 효과적으로 강화할 수 있으며, 후자의 두 가지 엘라스토머는 혼합 비율이 더 우수합니다. 엘라스토머 함량이 너무 높으면 PA6의 인장 강도와 굽힘 강도가 현저히 감소하고 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 엘라스토머 함량이 너무 낮으면 PA6의 인성이 크게 개선되지 않아 적용 요건을 충족할 수 없습니다. 매트릭스 수지는 과도한 점도로 인해 현재 생산 방식에 적응할 수 없습니다.

따라서 엘라스토머와 해당 말레산 무수물 그래프트의 비율을 조정하고 고정 엘라스토머를 개질 플라스틱 총 질량의 20%에 해당하는 양으로 첨가하고 상온에서 PA6의 충격 강도에 대한 세 가지 엘라스토머의 개선 효과를 대조합니다. 그림 1은 결과를 보여줍니다.

다양한 유형의 엘라스토머와 무수말레산 그라프트의 비율이 PA6의 충격 강도에 미치는 영향

그림 1은 엘라스토머 입자만 도입할 경우 결과물인 복합 나일론의 충격 강도가 좋지 않다는 것을 보여줍니다. 이는 고려 중인 세 가지 엘라스토머가 모두 무극성 물질인 반면 PA6는 극성 물질이기 때문에 두 물질이 결합할 수 없고 호환되지 않기 때문입니다. 그 결과, 엘라스토머가 20% 정도의 양으로 존재하더라도 매트릭스 소재에 고르게 퍼지지 않습니다. 강화 효과가 나타나지 않을 수 있습니다. 순수 EVA는 세 가지 중 극성이 가장 강하고 나일론과의 궁합이 가장 좋기 때문에 강화 효과가 약간 우수합니다.

복합 나일론의 충격 강도는 PA6와 말레산 무수물 변성 엘라스토머가 훨씬 더 호환성이 높기 때문에 일치하는 말레산 무수물 그래프트가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있습니다. 엘라스토머와 말레산 무수물 그라프트의 비율이 75/25인 경우, POE는 이들 중 가장 우수한 강화 효과를 가지며 충격 강도가 높습니다. 그러나 말레산 무수물 그라프트 비율이 높아지면 강화 효과가 눈에 띄지 않습니다. 그러나 EVA 엘라스토머는 초기에 상승했다가 가라앉는 거동을 보였습니다. 이는 말레산 무수물이 접목된 EVA의 결정성이 높아서 용량이 증가하면 복합 재료가 더 취약해지기 때문일 수 있습니다.

체인 세그먼트의 폴리스티렌 "경질" 체인 세그먼트는 상당한 입체 장벽을 가지고 있고 변경하지 않을 때 매트릭스와의 호환성이 떨어지기 때문에 SEBS는 순수한 폴리스티렌을 첨가해야만 강화 효과를 향상시킬 수 있습니다. 말레산 무수물 이식. 와인딩은 배포가 어렵기 때문에 더 큰 악영향을 미칩니다.

2. 복합 강화 나일론 미세 구조

엘라스토머 입자는 분산상을 구성하고 PA6는 복합 강화 나일론 소재의 연속 매트릭스 수지입니다. 분산상 입자가 배치된 매트릭스 영역을 보다 명확하게 보여주기 위해 복합 소재에 용매 에칭을 수행했습니다.

엘라스토머 입자는 자일렌에 선택적으로 용해될 수 있으며, 그 후 전자 현미경을 사용하여 그림 2와 같이 연속상의 정공 구조와 그에 상응하는 분산상을 볼 수 있습니다.

그림 2의 복합 나일론 단면이 에칭된 후 20% SEBS, 20% 말레산 무수물 접목 SEBS, 20% POE, 20% 말레산 무수물 접목 POE가 추가된 모습을 상상해 보십시오.

순수한 SEBS를 PA6에 첨가하면 결과 미세 구조 (그림 2a)는 불규칙한 구멍을 보여 매트릭스 내 SEBS 분포가 불규칙한 입자로 구성되어 있으며 말레 산 무수물에 의해 변경된 SEBS도 매트릭스 내에 존재 함을 시사합니다. 이들은 균일하게 분포된 작은 구형 입자입니다(그림 2b). 그림 2c의 순수 POE 엘라스토머

POE는 매트릭스에 구형으로 분포되어 있지만 SEBS보다 훨씬 크고 고르지 않게 분포되어 있습니다. 개질 후 엘라스토머 입자는 매트릭스 전체에 균등하게 분포되어 있으며 크기가 매우 작습니다. 에칭 후에도 뚜렷한 캐비티 구조를 볼 수 없습니다(그림 2d).

그림 3은 다양한 엘라스토머 유형과 말레산 무수물 그래프트의 비율이 분산상 입자의 크기에 미치는 영향을 보여줍니다.

또한 다양한 엘라스토머/무수 말레인산 그라프트 비율에서 세 가지 엘라스토머의 분산상의 평균 입자 크기를 측정했으며, 그 결과는 그림 3에 표시되어 있습니다.

블렌딩 과정 중 운동력과 열역학적 힘 사이의 균형은 분산상의 크기로 표시됩니다. 순수한 POE 엘라스토머만 존재할 때 분산상의 입자 크기는 다른 두 엘라스토머의 입자 크기보다 훨씬 큽니다. 한편으로, 변성되지 않은 POE는 매트릭스와 호환성이 떨어지기 때문에 분산 공정이 방해받습니다. 극성 말레산 무수물 세그먼트는 말레산 무수물로 개질된 엘라스토머를 첨가할 때 분산상의 입자 크기가 꾸준히 감소하는 것으로 볼 때 엘라스토머가 PA6 매트릭스에 침투하는 것을 촉진하여 보다 균일한 분산을 유도하는 것으로 보입니다.

분산상의 크기만이 복합 재료의 충격 강도에 영향을 미치는 유일한 요소는 아니므로 이 점에 유의해야 합니다. 분산상 재료의 물리적 특성, 크기 분포 및 이차 구조가 모두 충격 강도에 영향을 미칩니다. 특정 소재에 대한 이상적인 강화 효과는 적절한 입자 크기 범위에서 얻을 수 있습니다. 이 세 가지 엘라스토머의 경우 분산상 크기가 0.5~0.7m 사이일 때 강화 성능이 다소 우수합니다.

요약

PA6 강화 복합재 제품의 충격 강도에 대해 SEBS, EVA, POE 및 이에 상응하는 무수말레산염 그라프트의 효과를 비교했습니다. 실험 결과 순수 엘라스토머만 강화에 사용되었으며, 세 가지 소재 중 EVA가 가장 우수한 강화 효과를 보였습니다. 무수말레산을 접목한 엘라스토머를 추가할수록 충격 강도는 꾸준히 상승하며, 전체적인 강화 효과는 세 가지 중 가장 우수합니다.

복합재 결과의 충격 강도는 PA6 매트릭스에서 엘라스토머의 분산상의 크기에 따라 달라집니다. 변경되지 않은 엘라스토머는 더 큰 분산상을 가지며, 말레산 무수물 그래프트를 추가하면 분산상이 축소됩니다.

세 가지 엘라스토머의 분산상 크기는 0.5~0.7m로 다양하며 PA6에 우수한 강화 효과를 발휘합니다.