环氧化硅橡胶/甲基硅橡胶增韧PA6/CF复合材料的制备与性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.03.002

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (3): 7-11.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.03.002

环氧化硅橡胶/甲基硅橡胶增韧PA6/CF复合材料的制备与性能研究

张伟臻¹(), 张琦¹, 李源¹, 卢咏来²(), 张师军¹()

^1.中石化（北京）化工研究院有限公司，北京 100013
^2.北京化工大学，北京 100029

收稿日期:2024-05-29 出版日期:2025-03-26 发布日期:2025-03-24
通讯作者: 卢咏来（1976—），男，教授，博士生导师，弹性体材料节能和资源化教育部工程研究中心主任，主要从事橡胶纳米复合材料性能及应用研究，luyonglai@mail.buct.edu.cn
张师军（1962—），男，教授级高工，中石化高级专家，主要从事合成树脂及聚合物复合材料开发，zhangsj.bjhy@sinopec.com
E-mail:zwz.bjhy@sinopec.com;luyonglai@mail.buct.edu.cn;zhangsj.bjhy@sinopec.com
作者简介:张伟臻（1995—），男，工程师，博士研究生，主要从事塑料改性及聚合物复合材料开发，zwz.bjhy@sinopec.com

Preparation and properties of PA6/CF composites toughened with epoxidized silicone rubber/methyl silicone rubber compounding system

ZHANG Weizhen¹(), ZHANG Qi¹, LI Yuan¹, LU Yonglai²(), ZHANG Shijun¹()

^1.Sinopec （Beijing） Research Institute of Chemical Industry Co，Ltd，Beijing 100013，China
^2.Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2024-05-29 Online:2025-03-26 Published:2025-03-24
Contact: LU Yonglai, ZHANG Shijun E-mail:zwz.bjhy@sinopec.com;luyonglai@mail.buct.edu.cn;zhangsj.bjhy@sinopec.com

摘要/Abstract

摘要：

采用熔融共混法制备环氧化硅橡胶/甲基硅橡胶（ESR⁃5/PDMS）增韧聚酰胺6/碳纤维复合材料，研究了ESR⁃5/PDMS复配增韧体系中环氧基团含量对PA6基复合材料力学性能、冲击性能、耐热性能和微观结构的影响。结果表明，当增韧复配体系中ESR⁃5和PDMS各为10份时，通过原位接枝反应提高了硅橡胶与PA6的界面作用力，从而提高复合材料的抗冲击和抗损伤能力，23、-20、-60 ℃的缺口冲击强度相较于PA6/CF复合材料分别提高了73.6 %、178.0 %、196.8 %，在低温环境下表现出优异的抗冲击性能，并且最大程度地降低弹性体的引入使体系力学性能下降的影响；同时改善了复合材料的热稳定性能，ESR⁃5/PDMS增韧体系为碳纤维增强聚酰胺6复合材料在低温环境下的应用提供了可行性方案。

关键词: 环氧化硅橡胶, 聚酰胺6, 碳纤维增强复合材料, 增韧改性

Abstract:

Polyamide 6 （PA 6）/carbon fiber composites toughed with epoxidized silicone rubber （ESR⁃5）/methyl silicone rubber （PDMS） compounding system were prepared through melt blending， and the effect of epoxy content on the mechanical properties， impact properties， heat resistance， and microstructure of PA6 composites was investigated. The results indicated that when there were 10 phr ESR⁃5 and 10 phr PDMS in the compounding system， the interface force between PA and silicone rubbers could be by in situ grafting reaction， thus enhancing the impact resistance and damage resistance of the composites. This resulted in an increase in the notched impact strength by 73.6 %， 178.0 % and 196.8 % at 23， -20， and -60 ℃， respectively， compared to the composites without toughening， exhibiting an excellent impact resistance in low temperature environment. This also minimized the impact of introducing elastomers to the reduction in the mechanical properties of the composite system. Meanwhile， the thermal stability of the composites was improved. The ESR⁃5/PDMS toughening system provides a feasible solution for the applications of carbon⁃fiber⁃reinforced PA6 composites in low temperature environments.

Key words: epoxidized silicone rubber, polyamide 6, carbon fiber reinforced composite, toughening modification

中图分类号:

TQ323.6

张伟臻, 张琦, 李源, 卢咏来, 张师军. 环氧化硅橡胶/甲基硅橡胶增韧PA6/CF复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 7-11.

ZHANG Weizhen, ZHANG Qi, LI Yuan, LU Yonglai, ZHANG Shijun. Preparation and properties of PA6/CF composites toughened with epoxidized silicone rubber/methyl silicone rubber compounding system[J]. China Plastics, 2025, 39(3): 7-11.

图/表 7

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样品编号	PA6/份	ESR⁃5/份	PDMS/份	CF/份
1^#	80	-	-	10
2^#	80	0	20	10
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样品编号	PA6/份	ESR⁃5/份	PDMS/份	CF/份
1^#	80	-	-	10
2^#	80	0	20	10
3^#	80	5	15	10
4^#	80	10	10	10
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样品编号	拉伸强度/MPa	弯曲强度/MPa	弯曲模量/GPa
1^#	119.9	142.6	5.72
2^#	87.3	95.3	4.61
3^#	97.3	123.7	5.18
4^#	101.2	127.8	5.52
5^#	97.6	125.3	5.43
6^#	96.9	124.5	5.23

样品编号	拉伸强度/MPa	弯曲强度/MPa	弯曲模量/GPa
1^#	119.9	142.6	5.72
2^#	87.3	95.3	4.61
3^#	97.3	123.7	5.18
4^#	101.2	127.8	5.52
5^#	97.6	125.3	5.43
6^#	96.9	124.5	5.23

样品编号	23 ℃缺口冲击强度/kJ·m^-²	-20 ℃缺口冲击强度/kJ·m^-²	-40 ℃缺口冲击强度/kJ·m^-²	-60 ℃缺口冲击强度/kJ·m^-²
1^#	7.2	4.1	3.7	3.1
2^#	9.6	7.0	6.2	5.3
3^#	12.1	8.9	8.2	7.4
4^#	12.5	11.4	9.7	9.2
5^#	12.2	10.2	8.3	7.8
6^#	11.1	8.2	7.8	6.9

环氧化硅橡胶/甲基硅橡胶增韧PA6/CF复合材料的制备与性能研究

Preparation and properties of PA6/CF composites toughened with epoxidized silicone rubber/methyl silicone rubber compounding system

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样品编号	PA6/份	ESR⁃5/份	PDMS/份	CF/份
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3^#	80	5	15	10
4^#	80	10	10	10
5^#	80	15	5	10
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样品编号	PA6/份	ESR⁃5/份	PDMS/份	CF/份
1^#	80	-	-	10
2^#	80	0	20	10
3^#	80	5	15	10
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样品编号	T_5%/℃	T_dmax/℃	残炭量/%
1^#	410.8	476.2	0.1
2^#	388.7	471.1	9.4
3^#	414.6	477.8	10.5
4^#	411.1	473.8	11.0
5^#	414.1	476.5	11.8
6^#	401.2	473.8	10.2

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样品编号	PA6/份	ESR⁃5/份	PDMS/份	CF/份
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5^#	80	15	5	10
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样品编号	PA6/份	ESR⁃5/份	PDMS/份	CF/份
1^#	80	-	-	10
2^#	80	0	20	10
3^#	80	5	15	10
4^#	80	10	10	10
5^#	80	15	5	10
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样品编号	PA6/份	ESR⁃5/份	PDMS/份	CF/份
1^#	80	-	-	10
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3^#	80	5	15	10
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5^#	80	15	5	10
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样品编号	PA6/份	ESR⁃5/份	PDMS/份	CF/份
1^#	80	-	-	10
2^#	80	0	20	10
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4^#	80	10	10	10
5^#	80	15	5	10
6^#	80	20	0	10