林博

摘 要：在汽车塑料零部件中，聚酰胺（尼龙）是目前应用最广泛的工程塑料之一，但其吸水性大的缺点一直影响着汽车零部件尺寸稳定性和机械性能。文章通过试验初步研究了浸水时间、浸水温度对尼龙制品吸水性的改变趋势，以及尼龙制品吸水率对其力学性能的影响。对聚酰胺的改性研究、拓宽其应用领域具有较好的科学意义和经济效益。

关键词：聚酰胺;吸水性;尺寸稳定性;机械性能

中图分类号：TQ325.1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）14-95-03

Abstract： In automotive plastic parts， polyamide （nylon） is currently one of the most widely used engineering plastics， but its hygroscopicity big shortcoming has been affecting the auto parts dimensional stability and mechanical properties. In this paper， the change trend of soaking time and soaking temperature on the water absorption of nylon products and the effect of water absorption rate on the mechanical properties of nylon products were studied. It has good scientific significance and economic benefit to study the modification of polyamide and broaden its application field.

Keywords： Polyamide; Water absorption; Dimensional stability; Mechanical property

CLC NO.： TQ325.1  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）14-95-03

前言

近年来汽车轻量化一直备受关注，在汽车轻量化的进程中，工程材料扮演着相当重要的角色。金属方面有铝合金、镁合金;非金属材料中，塑料、树脂、碳纤维以及不同材料组成的复合材料都在努力着扮演好各自的角色。不同的材料，根据各自特性不同，承担的任务也各不相同。以合成树脂为基础原料的塑料、橡胶和纤维是在20世纪崛起并得到飞速发展的三大合成材料，其中塑料占有最为重要的地位[1]。利用部分塑料制品代替昂贵的有色金属和合金材料，不仅可以降低零部件加工工艺、装配与维修的费用，还可以减轻零部件约40%的重量，从而达到节能降耗的目的[2]。汽車轻量化的未来，还要依靠更多的新型材料被发现，以及新工艺的使用。

尼龙作为结构性材料具有高强度、耐磨、耐溶剂和使用范围广等优点，是一种重要的工程塑料。但尼龙也有不足之处，在干态和低温下的冲击性能较差，弹性模量小，特别是因为吸水性较大而影响制品的尺寸稳定性，不能满足耐环境应力以及加工精度高的要求。为了提高尼龙的性能，较为有效的办法是使尼龙合金化，以其它聚合物及合金材料的研究性能上的优势来弥补其不足，达到高性能、高附加值、低成本的目的，进而促进相关行业的产品向高性能、高质量方向发展，具有重要的实际意义[3-4]。

高分子材料在使用过程中易受到环境因素的影响，使其性能发生变化[5]。吸水性可以说是聚酰胺材料致命性的缺点，因为吸水性可以直接影响制品的尺寸稳定性和材料物理性能，最为常见的案例是汽车塑料油箱门折页材料（尼龙66）吸水后导致尺寸发生变化，造成油箱盖匹配缝隙明显不均匀，影响外观品质。本文通过研究浸水时间、温度对材料吸水率、拉伸强度和冲击强度的影响，初步探究聚酰胺材料吸水性，为以后聚酰胺改性研究和制造工艺做了铺垫。

1 实验部分

1.1 主要原料

PA66-GF30%（广东威林工程塑料有限公司）;抗氧剂1010（市售）。

1.2 主要仪器及设备

双螺杆挤出机：SHJ-20型，南京杰恩特机电有限公司;注塑机：NG-120A型，无锡格兰机械有限公司;微机万能控制电子实验机：RGL-30A型，深圳瑞格尔仪器有限公司;悬臂梁冲击实验机：GT-7100-MI型，台湾高铁科技股份有限公司。

1.3 试样制备

将原料在100℃鼓风干燥箱烘干16小时，在双螺杆挤出机熔融挤出造粒，然后注射机中注射制成标准试样。

1.4 性能测试

吸水率测试方法参照GB/T 1034-1998，标准浸水时间：在23℃水中24h，在沸水（100℃）中30min。计算公式： 吸水率 w=（m2-m1）/ m1，式中：m1—浸水前试样的质量（mg）;m2—浸水后试样的质量（mg）。拉伸强度性能测试参照GB/T9341-2000进行。缺口冲击性能测试参照GB/T1043-79进行。

2 结果与讨论

2.1 相同温度（23℃）浸水时间不同

图1为常温下吸水率与浸水时间的关系。由图可以看出，在相同环境温度下，随着浸水时间的增长，尼龙制品的吸水率随之增加。聚酰胺中分子链排列较为规整，结晶能力大，在绝对潮湿的环境下，尼龙制品极易发生水解，水解会降低尼龙制品中结晶性，主链上酰胺键断裂，使得聚合物体系分子含量减少，因此吸水率随着水解程度增大而逐渐提高。

图2给出常温下浸水时间对冲击强度的影响。尼龙制品的冲击强度随浸水时间的增长而呈现增加趋势，前期变化缓慢，浸水7天后的尼龙制品冲击强度迅速增加。聚酰胺是半结晶聚合物，非结晶区的酰胺基为亲水基，吸水后削弱主链大分子间的作用力，韧性发生改变，冲击强度提高。尼龙制品吸水体积膨胀，材料尺寸产生变化。

图3示出常温下浸水时间对拉伸强度的影响曲线。表明尼龙制品的拉伸强度随浸水时间的变化而呈现明显下降。尼龙制品浸水时间增长，高分子内部分子链之间的排列发生了改变，破坏了分子之间的作用力，减少分子链的结晶性，因此在尼龙制品吸水率增加后，拉伸强度随之降低。

2.2 浸水时间相同（24小时）温度不同

图4给出尼龙制品吸水率和浸水温度的关系。浸水温度升高，非结晶区的亲水基活性增加，分子间运动的碰撞几率提高，加速了水解程度，导致尼龙制品吸水率加大。

如图5所示，尼龙制品的冲击强度随浸水温度的升高而逐渐增大。随着浸水环境温度的升高，吸水率增加，水解的发生造成聚酰胺本体发生降解，分子含量的降低，分子链段之间相互运动吸收能量，使得吸水后的尼龙制品韧性提高，从而冲击强度增加。

图6表明尼龙制品的拉伸强度随浸水温度的升高而明显下降。聚酰胺非晶区的亲水基与水分子结合，主链上氢键被破坏，削弱了本体分子之间的范德华力，环境温度的升高，使聚酰胺分子链的移动性更加剧烈，分子链段之间的排布不再紧密，导致尼龙制品拉伸强度的下降。

3 结论

（1）在常温浸水后，尼龙制品吸水率随着时间的越长而增大;浸水时间延长，尼龙制品冲击强度会大幅度升高，其拉伸强度逐渐降低。

（2）浸水时间相同下，浸水温度升高，尼龙制品吸水率提高，冲击强度增大，拉伸强度降低。

（3）尼龙制品的吸水率和力学性能受浸水时间和温度的改变而变化。

参考文献

[1] 颜鸣皋.材料科学前沿研究[M].北京：航空工业出版社.1994.

[2] 刘涛，张薇等.成功合作开发汽车保险杠专用料[J].中国石化，2008， 12（4）：35.

[3] P.A.Eriksson， A.C.Albertsson. Influence of impurities on mechanical properties of recycled glass fiber reinforced polyamide 66[J]. Poly -mer Engineering and Science， 1998，38（5）： 749～756.

[4] P.A.Eriksson，A.C.Albertsson. Durability of in-plant recycled glass fiber reinforced polyamide 66. Polymer Engineering and Science， 1998.38（2）： 348～356.

[5] 鄭高飞，亢一澜，富东慧，王怀文.高分子材料湿度含量对其力学性能影响的实验研究[J].实验力学，2003，18（3）：23～28.