Le polyamide est communément appelé nylon (PA), sa principale caractéristique est que la chaîne principale du polymère contient un grand nombre de groupes amide, ces groupes amide sont faciles à former des liaisons hydrogène les uns avec les autres et la force entre Les chaînes moléculaires PA sont fortes. Par conséquent, le PA présente les caractéristiques d’une cristallinité élevée, d’une dureté de surface élevée, d’une bonne stabilité chimique, d’une résistance élevée à la traction et à la flexion, d’une résistance à l’usure, d’une résistance à la chaleur, etc.

Cependant, le PA présente de nombreux défauts, parmi lesquels les principaux défauts sont que la température et l'humidité de l'environnement extérieur ont une grande influence sur la résistance aux chocs, la stabilité dimensionnelle et l'absorption d'eau du PA.

Dans de nombreux cas, les matériaux PA purs ne peuvent pas répondre aux besoins réels d'utilisation. Par conséquent, une modification doit généralement être envisagée.

Modification des matériaux PA par ajout de modificateurs inorganiques ou mélange avec d'autres polymères pour préparer des alliages répondant aux exigences de haute performance de haute résistance, résistance à l'usure, résistance à basse température, etc.

Comparés aux modificateurs organiques, les modificateurs inorganiques ont une résistance et une stabilité thermique plus élevées, ce qui en fait les principaux modificateurs du PA. Les modificateurs inorganiques pour la modification du PA comprennent principalement des particules inorganiques telles que le carbonate de calcium et des matériaux fibreux tels que la fibre de verre (GF).

GF a non seulement un faible coût, mais possède également une résistance à la traction élevée, un faible allongement à la rupture, un module d'élasticité élevé, de bonnes propriétés mécaniques, une résistance à la chaleur et une stabilité dimensionnelle, ainsi que d'autres propriétés. Le Gf est un matériau modifié par polymère couramment utilisé avec de bonnes propriétés.

Il existe de nombreuses études sur la modification du PA par le GF. Cependant, il existe encore de grandes différences dans les propriétés mécaniques et thermiques des différents composites PA/GF. En effet, les propriétés des composites PA/GF sont affectées par de nombreux autres facteurs outre la teneur en PA et GF.

Par exemple, la force d'interface du GF et du PA (traitement de surface du GF, modification de la matrice du PA), le diamètre du GF, la combinaison de vis de l'extrudeuse et l'effet synergique du GF et d'autres charges inorganiques.

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Sur la base des facteurs ci-dessus, les influences des composites PA/GF sont examinées dans cet article.


1. L'effet de la force interfaciale entre la matrice PA et le GF sur les propriétés des composites PA/GF

1) Influence de la modification de la surface des fibres de verre sur les propriétés des composites PA/GF

En raison de la grande différence de polarité entre les résines GF et PA, la compatibilité entre les deux est mauvaise et la force d'interface entre les deux est faible. Lorsqu'elle est soumise à une force externe, la désadhérence de l'interface entre GF et PA se produit facilement, ce qui affecte sérieusement l'effet d'amélioration du GF sur PA.

Par conséquent, la modification organique de surface du GF est généralement effectuée pour améliorer la compatibilité entre GF et PA, la force d'interface entre GF et PA et la dispersion du GF dans la matrice PA.

L'agent de couplage est une sorte de composé avec une structure spéciale, qui possède des groupes qui peuvent interagir avec des matériaux inorganiques tels que le verre, le ciment, le métal et des matériaux organiques tels que la résine synthétique. Il peut être utilisé pour améliorer la compatibilité entre deux ou plusieurs substances et a un large éventail d'applications.

L'agent de couplage couramment utilisé pour la modification de la surface GF est principalement un agent de couplage silane. De plus, l'agent de couplage titanate est également utilisé pour la modification de la surface GF.

Étant donné que l'agent de couplage titanate est facile à hydrolyser dans l'eau, un grand nombre de bulles sont générées et le matériau PA absorbe facilement l'eau, ce qui limite l'application de l'agent de couplage titanate pour modifier le GF dans la matrice PA.

*Sun Peng et coll. étudié l'effet de la concentration de l'agent de couplage silane aminopropyl triéthoxysilane (KH550) en solution aqueuse et la modification du GF par différents agents de couplage silane (cyanoéthyl triéthoxysilane, KH550 et γ-glycidyl éther oxypropyl triméthoxysilane (KH560)) sur les propriétés du PA6/ Composites GF.

*Les résultats montrent que les propriétés des composites PA6/GF modifiés par une solution aqueuse à 1,5 % de KH550 sont les meilleures. Par rapport au KH550 et au KH560, les propriétés des composites PA6/GF modifiés par le cyanoéthyl triéthoxysilane sont meilleures.

*Cependant, les propriétés de traction, de flexion et d'impact des composites PA6/GF modifiés par trois agents de couplage silane ont été améliorées. En effet, la surface du GF non traité est lisse et il est facile de le retirer de la matrice PA6. La force d'interface entre la matrice GF modifiée et PA6 est importante et la section transversale de traction est entrelacée.

De plus, le modificateur de surface GF couramment utilisé dans l’industrie est souvent un mélange de diverses substances, appelé infiltrant. À l'heure actuelle, l'agent infiltrant GF commun comporte de nombreux composants, notamment un agent filmogène, un agent de couplage, un lubrifiant, un agent antistatique, etc. Parmi eux, l'agent filmogène détermine la qualité de l'agent infiltrant qui est très importante.

*Li Cuihong et coll. synthétisé un agent filmogène de polyuréthane modifié par résine époxy pour modifier le GF et préparé des composites PA66/GF. Les résultats montrent qu'en raison de la présence du groupe époxy, le GF modifié peut réagir chimiquement avec le groupe amide de la résine PA66 et que la force d'interface entre le GF et la résine PA est considérablement augmentée, ce qui améliore les propriétés mécaniques et la résistance à l'hydrolyse du PA66/ Composite GF.

*GF a été modifié par un agent de couplage silane et appliqué aux composites PA, mais l'effet de modification était faible. Par conséquent, ces dernières années, les chercheurs ont modifié le GF en synthétisant de nouveaux agents de couplage silane ou en utilisant d'autres modificateurs de surface, et les ont appliqués à la matrice PA pour améliorer encore la force d'interface entre le GF et le PA.

*Liu Yuku et coll. a synthétisé un nouvel agent de couplage silane (N1-A) en utilisant du cyanoéthyl trichlorosilane et de l'anhydride acétique, et l'a utilisé pour modifier la surface du GF.

*Différent de l'étude de Sun Peng et al., par rapport au composite PA modifié KH550, lorsque le nouvel agent de couplage N1-A ne représente que 0,5 % de la solution de traitement modificateur de surface, la résistance à la traction, la résistance à la flexion et la flexion les modules du composite PA6/GF modifié sont significativement plus élevés.

*En effet, N1-A est hydrolysé en acide acétique et, dans des conditions de catalyse acide, des groupes amide et des groupes acide carboxylique se forment davantage, et les groupes amide générés forment des liaisons hydrogène avec la matrice PA6, tandis que les groupes acide carboxylique peuvent réagir chimiquement. avec des liaisons amide dans la matrice PA6, améliorant la force d'interface entre la matrice PA et le GF.

En fait, lors de l'utilisation d'un agent de couplage silane, des composés volatils à petites molécules tels que le méthanol et l'éthanol sont générés, entraînant certains risques environnementaux.

*Basé sur le principe bionique de l'adhésion des moules, Luo Kaiqiang et al. la dopamine a été recouverte avec succès à la surface du GF par la méthode d'oxydation/auto-polymérisation. En raison de la présence de nombreux groupes polaires à la surface de la dopamine, une forte interaction de liaison hydrogène s'est formée entre la matrice GF et PA, et une forte force interfaciale s'est formée entre GF et PA.

*Les résultats expérimentaux montrent que l'effet d'amélioration du GF sur le PA6 est meilleur que celui du GF modifié par KH550, et que la méthode est verte et économique, et que le processus de préparation est simple.

En résumé, l'objectif principal des agents de couplage ou autres modificateurs de surface est d'améliorer la force interfaciale entre la matrice GF et PA. Les propriétés mécaniques et la résistance à l'hydrolyse des composites PA/GF sont grandement améliorées en augmentant la force interfaciale entre le GF et la matrice PA.

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2) Effet de la modification de la matrice nylon sur les propriétés des composites PA/GF

En plus de la modification de surface du GF, la matrice PA peut être encore modifiée en augmentant la force d'interface PA/GF. La modification de la matrice PA comprend principalement l'ajout de compatibilisants ou d'autres modificateurs à la matrice PA. Ces modificateurs peuvent renforcer la force d'interaction entre la matrice PA et le GF et améliorer les propriétés mécaniques des composites PA/GF.

*Zhou Lihua et coll. ajout d'un copolymère éthylène-octène greffé d'anhydride maléique (POE-g-MAH) dans des composites PA6T/GF en tant qu'agent de renforcement de capacitation. Les résultats montrent que lorsque la teneur en POE-g-MAH est de 5 %, la résistance à la traction des composites PA6T/GF est augmentée d'environ 20 % et la résistance à la flexion est augmentée de 10 %.

En effet, l'anhydride d'acide sur la chaîne POE-g-MAH peut réagir chimiquement avec le groupe amide sur la chaîne moléculaire PA66, et peut également réagir avec le groupe hydroxyle à la surface du GF, augmentant ainsi la force d'interface entre le GF. et PA66.

La surface du GF dans le composite PA6T/GF/POE-g-MAH avec une forte force interfaciale est rugueuse, ce qui indique que la liaison entre la résine GF et PA est bonne. La surface GF est lisse et facile à retirer dans la section composite avec une faible force interfaciale.

En résumé, les compatibilisants améliorent les propriétés mécaniques des composites en augmentant la force d'interaction entre GF et PA.

En plus des compatibilisants, certains modificateurs de flux peuvent également améliorer les forces interfaciales entre la matrice PA et le GF.

*Dohyun et al. préparé trois modificateurs d'écoulement HMDA, DMDA et MCHA en utilisant respectivement de l'hexanediamine, de la dodécaméthylène diamine, du 4,4'-méthylène bis (cyclohexanamide) et des acides gras, pour modifier les composites PA66/GF.

*L'ajout d'un modificateur d'écoulement améliore non seulement la fluidité des composites PA66/GF, mais produit également une liaison hydrogène avec le PA66 et le GF en raison de la présence d'une liaison amide dans la chaîne principale du modificateur d'écoulement, ce qui augmente l'interface. force entre GF et matrice PA66 et améliore la dispersion de GF dans la matrice PA66. La résistance à la traction et le module de flexion des composites PA66/GF sont améliorés.

En résumé, la force d'interaction entre le GF et la matrice PA peut être améliorée en modifiant à la fois la surface du GF et la matrice du PA, améliorant ainsi la dispersion du GF dans la matrice du PA et améliorant les propriétés mécaniques des composites PA/GF.

2. L'influence du diamètre GF sur les propriétés des composites PA/GF

En plus de la force interfaciale entre la matrice PA et le GF, les propriétés du GF sont également un facteur important déterminant les propriétés des composites PA/GF. Par exemple, le diamètre du GF, tel que la taille, la résistance, le module et d'autres propriétés mécaniques. À l'heure actuelle, la différence entre la résistance et le module du GF sur le marché est faible et le diamètre du GF est grand. Il a été démontré que le diamètre du GF a une grande influence sur les propriétés des composites PA/GF.

*Les zones de contact entre la résine GF et PA66 de différents diamètres (15, 13, 11 et 10μm) ont été théoriquement calculées par Zhijian Zhang et al. Les résultats montrent que le rapport de la surface de contact entre la résine matricielle GF et PA66 est de 1:1,1 – 1,3 – 1,5.

*Les résultats expérimentaux montrent que la résistance à la traction et la résistance aux chocs des composites PA66/GF augmentent avec l'augmentation de la surface de contact entre le GF et la matrice. En effet, plus la zone de contact entre les résines GF et PA est grande, plus la force interfaciale entre elles est grande. De plus, avec l'augmentation du diamètre du GF, la surface du GF devient plus lisse et le « degré de charnière » avec la résine diminue.

*Tang Youqian et coll. a étudié les différences de performances des composites PA6/30 % GF avec différents diamètres GF, et les résultats sont présentés dans le tableau 1. Comme le montre le tableau 1, plus le diamètre du GF est petit, plus la résistance à la traction, la résistance à la flexion, la flexion sont élevées. module et la résistance aux chocs du matériau, et plus l'indice de fusion est élevé. Cependant, lorsque le diamètre du GF est inférieur à 10μm, son prix augmente considérablement, le rapport coût-performance est faible et la valeur d'usage réelle est faible.

3. L'influence de la combinaison de vis sur les performances des composites PA/GF

Outre les composants composites PA/GF ci-dessus, la technologie de traitement est également l'un des facteurs déterminant les performances des composites PA/GF. Parmi elles, la combinaison de vis pour la préparation de l'extrudeuse composite PA/GF est la plus influente.

En effet, la combinaison de vis détermine en grande partie la longueur et la dispersion du GF dans la matrice PA. Les résultats montrent que lorsque la longueur du GF dans la matrice PA varie de 300 à 400μm, l'effet de renforcement et de durcissement du GF sur la matrice PA est meilleur, et l'effet de renforcement et de durcissement du GF trop long ou trop court sur la matrice PA est médiocre.

Cela est dû au fait qu'un GF trop court est difficile à pénétrer dans la matrice, et qu'un GF trop long est difficile à disperser uniformément dans la matrice PA. Selon l'action de la vis, la force de cisaillement de la vis a une grande influence sur la longueur de GF. La combinaison de vis en polymère renforcé GF se compose d'une section d'alimentation, d'une section de fusion, d'une seconde section d'alimentation, d'une section de mélange et d'une section d'échappement, dans laquelle la longueur du GF est principalement affectée par la section de mélange.

Afin d'obtenir la longueur appropriée de GF et sa bonne dispersion dans la matrice PA, la capacité de cisaillement de la vis peut être ajustée en augmentant ou en réduisant le nombre de blocs de maille et en ajustant la position des blocs de maille dans la vis. La méthode spécifique de combinaison de vis doit être déterminée en fonction du numéro de modèle de l'extrudeuse, du rapport longueur-diamètre de la vis et d'autres facteurs.

En plus des blocs de maillage, des éléments filetés de forme spéciale, tels que des plaques à dents et des plaques à dents inversées, sont efficaces dans la préparation des composites PA/GF. L'élément de disque d'engrenage peut améliorer la dispersion du GF et réduire son usure sur le GF.

Parmi eux, en raison de l'ouverture du bord en spirale de l'élément de disque dentaire SME, sa capacité de transport et sa capacité de décompression sont réduites, et le degré de remplissage du matériau dans la rainure en spirale est augmenté, ce qui prolonge le temps de séjour de le matériel. Par conséquent, l'élément de plaque dentaire est utilisé dans la combinaison de vis, et la résistance à la traction, la résistance à la flexion et la résistance aux chocs du composite PA66/GF sont considérablement améliorées.

*Chen Baiquan et coll. conçu trois combinaisons de vis pour la section de mélange de l'extrudeuse afin de préparer des composites PA6 avec un remplissage élevé en GF.
Les résultats montrent qu'en utilisant 1 jeu de blocs à maillage épais et 1 jeu d'éléments de mélange de dents SME, et en ajoutant 2 jeux de combinaison de vis de bloc à maillage fin, combinés à la deuxième alimentation latérale ajoutant du GF, l'uniformité de dispersion du GF dans le matériau composite PA6/GF préparé est meilleur et la longueur est comprise entre 300 et 500 µm. Les propriétés mécaniques des composites PA6/GF sont grandement améliorées.

*Jiang Zhaoyin et al. appliqué la plaque dentaire inversée à la préparation de la vis composite PA66/GF et conçu une variété de combinaisons de vis.
La recherche montre que par rapport au bloc de maillage, la plaque à dents inversées peut non seulement mélanger uniformément le PA66 et le GF, améliorer l'efficacité du transport, mais également réduire correctement la résistance au cisaillement de la vis, réduire le degré d'usure du GF sous fusion. cisaillement, assure la longueur et l'intégrité du GF, réduit les défauts du matériau composite PA66/GF et améliore les propriétés mécaniques du matériau composite.

L'état de recherche ci-dessus montre que les composites PA/GF offrant de meilleures performances peuvent être obtenus en utilisant la combinaison de vis composée d'éléments de bloc d'engrènement, de plaque dentaire et de plaque dentaire inversée. Dans le même temps, la combinaison de vis est étroitement liée à la position d'alimentation du GF, et les positions relatives des éléments du bloc d'engrènement, de la plaque dentaire et de la plaque dentaire inversée doivent être ajustées en fonction du mode d'alimentation du GF pour obtenir la meilleure vis. cisaillement.

4. L'effet de l'effet synergique du GF et d'autres charges inorganiques sur les propriétés des composites PA

Le GF joue un rôle évident dans l'amélioration des propriétés mécaniques du PA, mais il rend également la matrice du PA fragile et l'échantillon semble mauvais.

Les nanoparticules inorganiques ont une grande surface spécifique et de nombreux sites actifs à la surface, et peuvent être modifiées par divers types de tensioactifs pour améliorer leur compatibilité avec les matériaux PA. Par exemple, les nanoparticules inorganiques modifiées peuvent réagir chimiquement avec les groupes amide des matériaux PA pour produire une bonne force interfaciale, bien supérieure à la force de Van der Waals.

Dans le même temps, les charges inorganiques ont diverses formes, telles que granulaires, floconneuses, fibreuses, etc., et différentes formes de charges inorganiques ont des effets de modification différents. Par conséquent, les charges inorganiques peuvent améliorer les défauts de performance des composites PA/GF, et la modification synergique du PA par les charges inorganiques et le GF peut encore améliorer les performances des composites PA/GF.

Dans les composites PA/GF, les charges inorganiques en flocons, notamment la poudre de talc et la montmorillonite, sont largement utilisées.

*Yang Zhen et coll. étudié l'effet du rapport talc et GF sur les propriétés mécaniques du composite PA66.

*Les résultats montrent que par rapport au PA66 pur, au PA66/30 % de poudre de talc et au PA66/30 % de GF, la résistance à la traction, à la flexion et aux chocs des composites est significativement améliorée lorsque le rapport massique PA66/Talc/GF est de 70/5. /25.

Cela est dû au fait que le talc et le GF sont uniformément dispersés dans la matrice PA66. Lorsque le matériau est soumis à des contraintes, la concentration de contraintes des particules de talc entraîne la déformation de la matrice PA et la formation de lignes d'argent, qui absorbent une grande quantité de travail de déformation.

De plus, l'orientation multiaxiale du GF le long du talc lamellaire rend le « squelette » du GF capable de supporter une plus grande contrainte. Le GF et le talc font jouer pleinement leurs avantages respectifs. Par conséquent, l’effet synergique d’amélioration du GF et de la charge inorganique sur la matrice PA peut être réalisé en les ajoutant de manière appropriée. Ce phénomène a également été vérifié dans l'étude de préparation de matériaux composites expansés PA6/GF/talc par Shen Chao et al.

Dans le même temps, le talc a un effet lubrifiant, peut réduire le phénomène de fibres flottantes des matériaux composites et inhiber la déformation des échantillons injectés. Lorsque le rapport massique PA66/GF/talc est de 70/10/20, les propriétés apparentes du composite sont significativement améliorées.

*En outre, Hu Jin et al. utilisé de la montmorillonite organique (OMMT) pour co-modifier le PA66 avec le GF. Les résultats montrent que lorsque le rapport de masse PA66/GF/MMT est de 100/25/7, la résistance à la traction, la résistance à la flexion et la résistance aux chocs des composites PA66/GF/OMMT atteignent la valeur maximale, qui est meilleure que celle des composites PA66. avec l'ajout de GF ou d'OMMT seuls.

*Cela est dû au fait que la couche OMMT est dépouillée et uniformément dispersée dans la matrice PA66, et que l'OMMT agit comme un agent de nucléation dans la matrice PA66, ce qui améliore la cristallinité du PA66 et améliore ainsi la résistance du composite. .

En plus des charges inorganiques feuilletées, certaines études ont utilisé des charges inorganiques aciculaires et du GF pour co-modifier l'AP.

*Ma et ses collègues ont préparé des composites PA6/GF/wollastonite par mélange à l'état fondu, ce qui a amélioré la résistance à la traction et à la flexion des composites, ainsi que les propriétés de surface du PA6 renforcé par GF.

*GF peut améliorer considérablement le PA6, tandis que la wollastonite peut réduire le retrait du composite. Lorsque la quantité totale de wollastonite et de GF est de 30 % (le rapport massique de la wollastonite au GF est de 1 à 2), les propriétés mécaniques et les propriétés de surface du matériau sont meilleures.

Toutes les études ci-dessus montrent que le composite PA/GF peut être modifié avec des charges inorganiques en flocons ou aciculaires et du GF, ce qui peut donner de meilleures propriétés mécaniques et apparentes aux composites PA/GF. Par conséquent, la modification synergique du PA par des charges inorganiques et du GF est devenue une direction de recherche importante pour les composites PA/GF.

5. Conclusion

En résumé, la littérature existante montre que la force d'interface entre GF et PA peut être améliorée par la modification de la surface du GF et la modification de la matrice du PA, la dispersion du GF dans la matrice du PA peut être améliorée, ainsi que les propriétés mécaniques et la résistance à l'hydrolyse des composites PA/GF. peut être amélioré. Plus le diamètre du GF est petit, meilleures sont les propriétés mécaniques des composites PA/GF, mais plus le diamètre du GF est petit.

Les propriétés mécaniques des composites PA/GF peuvent être considérablement améliorées par l'utilisation rationnelle d'un disque en forme de dent ou d'un disque en forme de dent inversée et d'un bloc de maillage. Les propriétés mécaniques du composite PA modifié par d'autres charges inorganiques et GF sont meilleures que celles modifiées par GF seul. De plus, d'autres charges inorganiques peuvent améliorer le phénomène de fibres flottantes du GF dans la matrice PA et obtenir des propriétés apparentes plus excellentes.

À l'heure actuelle, les principales orientations de recherche sur les composites PA modifiés par GF sont le renforcement, la trempe, la résistance à la chaleur, la stabilité dimensionnelle, etc. À l'avenir, les orientations de recherche sur les composites de nylon modifiés par GF sont les suivantes :

(1) Optimiser les modificateurs de surface GF, se concentrer sur le développement de nouveaux modificateurs de surface efficaces, améliorer encore la force interfaciale entre la matrice et le GF, améliorer la dispersion du GF dans la matrice PA et obtenir des composites PA/GF avec des propriétés mécaniques et thermiques plus élevées. propriétés.

(2) Rechercher de meilleures aides à l'écoulement pour améliorer la fluidité du traitement des composites PA/GF et réduire la dégradation de la matrice PA pendant le traitement.

(3) Optimiser la modification synergique du PA par d'autres charges inorganiques et GF, clarifier le mécanisme synergique du GF et des charges inorganiques, améliorer les performances des composites PA/GF et élargir la gamme d'applications des composites PA/GF.