
加纤PA66需要添加热稳定剂,主要是为了对抗和弥补因玻璃纤维加入而加剧的热氧老化问题,从而保证材料在高温加工和使用过程中的性能与寿命。
下面我们来详细分解一下原因:
1. PA66本身的热弱点即使不加玻纤,PA66(尼龙66)本身对热和氧就比较敏感。其分子结构中的 “-NH-CO-”酰胺键 是弱点所在:
热降解: 在高温下,分子链可能从这个键处断裂,导致分子量下降,材料变脆,机械强度丧失。
氧化降解: 在氧气存在下,高温会引发自由基链式反应,导致聚合物链断裂(分子量降低)和交联(材料变脆、变色)。
玻璃纤维(GF)的加入,虽然极大地提高了PA66的强度、刚度和耐热性,但也带来了几个新的问题,加剧了PA66的热氧老化:
a. 引入金属离子催化剂:
玻璃纤维的主要成分是硅酸盐,其中含有微量的金属离子,如铁、铜、锰、钙等。这些金属离子是极强的催化剂,会大大加速PA66的氧化降解过程。它们能促使过氧化物分解成更活泼的自由基,使氧化反应呈指数级加速。
b. 形成更多的应力集中点:
玻纤与PA66基体的热膨胀系数差异很大,在冷却和受热过程中,两者界面处会产生巨大的内应力。这些应力集中点更容易成为分子链断裂的起点,从而引发降解。
c. 更高的加工温度需求:
加了玻纤后,PA66的熔体粘度增加,需要更高的加工温度(注射、挤出等)才能充满模具。更高的加工温度意味着材料要承受更严酷的热历史,降解风险自然更高。
d. 界面相容性问题:
如果玻纤与PA66的界面粘结不好,会形成微小的空隙,氧气更容易渗透和积聚,进一步加速界面处的氧化。
热稳定剂(在这里主要指抗氧剂)就是为了解决上述问题而添加的。它们通过以下一种或多种机制来保护PA66分子链:
自由基捕获剂(主抗氧剂): 如受阻酚类。它们能捕获氧化过程中产生的烷基自由基(R·)和烷氧自由基(RO·),中断链式反应。
氢过氧化物分解剂(辅抗氧剂): 如亚磷酸酯类、硫代酯类。它们能将不稳定的氢过氧化物(ROOH)分解成稳定的、非自由基产物,从而阻止其分解成新的自由基。
金属钝化剂: 这是一类专门针对加纤PA66的稳定剂。它们能与玻纤表面的金属离子发生螯合反应,形成稳定的络合物,从而消除金属离子的催化活性,这是保护加纤PA66的关键所在。
如果加纤PA66不添加足够和合适的热稳定剂,在加工和使用中会出现:
加工过程中:
熔体强度下降: 注塑时出现溢边、流涎。
颜色发黄: 制品颜色不稳定,甚至变成褐色。
产生气泡和银纹: 降解产生的小分子气体导致表面缺陷。
喷嘴堵塞: 严重的降解会导致碳化,形成黑点。
最终制品性能:
机械性能大幅下降: 冲击韧性、拉伸强度显著降低,材料变脆。
使用寿命缩短: 在高温环境下(如汽车发动机舱)使用的部件会过早失效。
热稳定剂对于加纤PA66不是“锦上添花”,而是“雪中送炭”。 它是为了弥补玻纤引入带来的负面催化效应,并抵抗因加工温度升高而加剧的本体降解,从而确保材料能够被顺利加工,并使其优异的机械性能在长期使用中得以保持。没有热稳定剂的加纤PA66,其性能和寿命会大打折扣,在许多要求苛刻的应用中根本无法使用。
