乒乓球攔網(wǎng)用改性尼龍復(fù)合材料的性能研究

（西安醫(yī)學(xué)院，陜西西安 710021）

近代以來，復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能被廣泛地應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空、航天、醫(yī)療、化工、機(jī)械制造等領(lǐng)域[1]。此外，復(fù)合材料還可以用來制造體育運(yùn)動(dòng)器件，如碳纖維自行車材質(zhì)、尼龍乒乓球網(wǎng)、纖維跳高用橫桿等，并且可以作為建筑材料應(yīng)用于建筑領(lǐng)域[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

硼酸鎂晶須，尼龍6，二甲基亞砜，丙酮(分析純)，偶氮二異丁腈(AIBN)，硼酸酯偶聯(lián)劑BE-1，自制硼酸酯偶聯(lián)劑BE-2，自制硼酸酯偶聯(lián)劑SPE-1，硼酸酯偶聯(lián)劑SB-181，無水乙醇(分析純)，甲苯(分析純)，蒸餾水，自制過氧化苯甲酰(BPO)，無水乙醇(分析純)[3]。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

JPT-5 托盤天平，F(xiàn)A2104N 電子天平，WQF-520紅外光譜儀，TE-20 型雙螺桿擠出機(jī)，JHP-10 型注塑機(jī)，XBJJ 計(jì)算機(jī)控制擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，SCS200 智能切粒機(jī)，JSM-7500F 型掃描電子顯微鏡[4-5]，DHT 攪拌恒溫電熱套，SHB-III(A)型循環(huán)水多用真空泵，ZWK1302-2 型熱變形溫度測(cè)定儀，DZ-1A 型真空干燥箱，KQ-B 超聲清洗器，WSM-20KN 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)。

1.3 復(fù)合材料性能的測(cè)試

1.3.1 拉伸性能測(cè)試

采用GB/T 1040-92 進(jìn)行拉伸性能測(cè)試。樣品總長(zhǎng)度(L)是180mm，中間平行段的長(zhǎng)度(L1)是（55±0.5）mm，標(biāo)距(L0)是（50±0.5）mm，夾具間距離(L3)是（115±5）mm，中間平行段的寬度(b)是（10±0.5）mm，端頭厚度(d)是2mm～10mm，寬度(b1)是（20±0.5）mm，所制備的試樣如圖1 所示[6]。

圖1 試樣拉伸圖Fig.1 The tensile sample diagram

1.3.2 沖擊性能測(cè)試

圖2 沖擊試樣圖Fig.2 The impact sample diagram

采用GB/T 1043-93，做沖擊性能測(cè)試。所用試樣條的尺寸是80mm×10mm×4mm。試樣的寬度(b)是板的厚度，厚度是6mm～10mm，所制備的試樣如圖2 所示[7]。

1.3.3 彎曲性能測(cè)試

采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9341-2000 進(jìn)行彎曲性能測(cè)試。采用三點(diǎn)彎曲法，彎曲規(guī)定撓度是3mm，彎曲速度是2mm/min。

1.3.4 熱變形溫度測(cè)試

熱變形溫度按GB/T 1634.2-2004 進(jìn)行測(cè)試。變形量為1.00mm，升溫速率為50℃/h，上限溫度＜350℃。

1.3.5 復(fù)合材料形貌表征

利用掃描電鏡觀察材料中硼酸鎂晶須和聚合物基體之間的界面結(jié)合情況。掃描電鏡型號(hào)為日本JEOL 公司的JSM-7500F 型掃描電子顯微鏡[8]，配備EDAX-EDS，工作電壓為10kV，工作距離為7mm，分辨率為1nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 硼酸鎂晶須含量對(duì)硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響

圖3 為硼酸鎂晶須含量對(duì)尼龍6 復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響。由圖3 可見,隨著硼酸鎂晶須含量的增加復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)硼酸鎂晶須質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30% 時(shí),兩種偶聯(lián)劑改性晶須的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度都達(dá)到最大值[9]，BE-1 改性的硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度比未改性的硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料提高了14.47%；BE-2 改性的硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度比未改性的硼酸鎂晶須/尼龍6復(fù)合材料提高了23.37%。

圖3 硼酸鎂晶須含量對(duì)尼龍6 復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響Fig.3 The effect of magnesium borate whisker content on tensile strength of nylon 6 composites

2.2 硼酸鎂晶須含量對(duì)硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的影響

由圖4 可見，隨著硼酸鎂晶須含量的提高，硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)樽鳛榉稚⑾嗟呐鹚徭V晶須是剛性的，在受到?jīng)_擊力時(shí)無法發(fā)生形變，也無法產(chǎn)生銀紋來吸收沖擊能。由于尼龍6 的韌性效應(yīng)小于硼酸鎂晶須的剛性效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料的脆性提高，沖擊強(qiáng)度下降[10]。

圖4 硼酸鎂晶須含量對(duì)尼龍6 復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響Fig.4 The effect of magnesium borate whisker content on impact strength of nylon 6 composites

2.3 硼酸鎂晶須含量對(duì)硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響

由圖5 可以看出，隨著硼酸鎂晶須含量的增加復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)[11]，當(dāng)硼酸鎂晶須含量為30% 時(shí)，BE-1 改性的硼酸鎂晶須/尼龍6復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度比未改性的硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料提高了13.72%；BE-2 改性的硼酸鎂晶須/尼龍6復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度比未改性的硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料提高了22.54%。

圖5 硼酸鎂晶須含量對(duì)尼龍6 復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響Fig.5 The effect of magnesium borate whisker content on bending strength of nylon 6 composites

2.4 硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)分析

由圖6 可以看出，在SEM下觀察硼酸鎂晶須呈棒狀結(jié)晶，晶體直徑50nm～300nm，晶體長(zhǎng)度1000nm～7000nm。

圖6 硼酸鎂晶須的SEM 圖Fig.6 The SEM diagram of magnesium borate whisker

圖7 硼酸鎂晶須的/尼龍6 復(fù)合材料的SEM 圖(BE-2 改性)Fig.7 The SEM of magnesium borate whisker/nylon 6 composite (BE -2 modified).

圖7 為BE-2 改性的硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料的SEM 照片(晶須含量為30%)。從圖7 中可以看出，硼酸鎂晶須在尼龍6 基體中有良好的分散，硼酸鎂晶須與尼龍6 界面結(jié)合緊密。說明硼酸鎂晶須經(jīng)硼酸酯偶聯(lián)劑BE-2 處理后能夠被尼龍6 基體浸潤(rùn)，使得硼酸鎂晶須與尼龍6 基體間有良好的界面層，可以充分發(fā)揮硼酸鎂晶須的作用，有助于改善硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料的性能。

3 結(jié)論

隨著硼酸鎂晶須含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、熱變形溫度出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)硼酸鎂晶須含量為30% 時(shí)，復(fù)合材料的綜合性能最佳，BE-1 及BE-2 改性的硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度比未改性的硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料性能均有大幅度提高。SEM 照片表明經(jīng)硼酸酯偶聯(lián)劑BE-2 改性的硼酸鎂晶須與尼龍6 基體之間的結(jié)合緊密，界面接觸較好，分散均勻，硼酸鎂晶須/尼龍6 復(fù)合材料性能得到了較大的改善。結(jié)果表明：硼酸鎂晶須的加入使復(fù)合材料的物理機(jī)械性能得到了顯著改善，可以明顯提高復(fù)合材料的力學(xué)性能如彎曲強(qiáng)度等，對(duì)聚合物具有較好的增強(qiáng)效果，可大幅度提高乒乓球用尼龍攔網(wǎng)材料的性能。