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

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.03.002

Abstract

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

CLC Number:

TQ323.6

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.

Figures/Tables 7

References 17

1	张涛.碳纤维增强复合材料汽车保险杠轻量化设计［D］.青岛大学，2021. DOI：10.27262/d.cnki.gqdau.2021.002424 .
2	孙延.碳纤维增强复合材料在新能源汽车上的应用形式及进展［J］.黏接，2019，40（09）：71⁃73.
	SUN Y. Application forms and progress of carbon fiber reinforced composite materials in new energy vehicles［J］， Bonding， 2019，40（09）：71⁃73.
3	康森卫，王青春.碳纤维增强复合材料在汽车轻量化中的应用［J］.汽车测试报告，2023，（22）：94⁃96.
	KANG S W， WANG Q C. Application of carbon fiber reinforced composite materials in automotive lightweighting. Automotive Test Report， 2023，（22）：94⁃96.
4	张琦，张师军.碳纤维增强热塑性复合材料的研究进展［J］.石油化工， 2020， 49（12）：12. DOI：10.3969/j.issn.1000-8144.2020.12.001 .
	ZHANG Q， ZHANG S J. Research progress of carbon fiber reinforced thermoplastic composites ［J］. Petrochemical industry， 2020， 49（12）：12. DOI：10.3969/j.issn.1000-8144.2020.12.001 .
5	付雲昭，张琦，夏礼栋，等.碳纤维增强热塑性复合材料增韧研究进展［J］.中国塑料， 2022， 36（10）：23⁃32.
	FU Y Z， ZHANG Q， XIA L D， GAO D L， ZHANG S J.Research progress on toughening of carbon fiber reinforced thermoplastic composites ［J］. China Plastics， 2022， 36 （10）： 23⁃32.
6	刘云斌. 纤维增强复合材料的韧性研究进展［J］.塑料科技， 2021， 49（8）：117⁃120.
	LIU Y B. Research progress on toughness of fiber⁃reinforced composite materials ［J］. Plastic Science and Technology， 2021， 49 （8）： 117⁃120.
7	李姝喆，王伟，夏浙安，等.增韧剂对聚酰胺6/碳纤维复合材料性能的影响［J］. 功能高分子学报，2018， 31（6）： 595⁃601.
	LI S Z， WANG W， XIA Z A， et al. The effect of toughening agents on the properties of nylon 6/carbon fiber composites ［J］. Journal of Functional Polymers， 2018， 31 （6）： 595⁃601.
8	王军照. 碳纤维复合材料在航空领域中的应用现状及改进［J］. 今日制造与升级，2020（8）： 48⁃49.
	WANG J Z. The current application status and improvement of carbon fiber composite materials in the aviation field ［J］. Manufacturing and Upgrading Today， 2020 （8）： 48⁃49.
9	罗金亮，阮芳涛，徐珍珍，等. 基于纤维包覆法制备碳纤维增强热塑性复合材料［J］. 武汉纺织大学学报， 2019， 32（2）：12⁃15.
	LUO J L， RUAN F T， XU Z Z，et al. Preparation of carbon fiber reinforced thermoplastic composite materials based on fiber coating method ［J］. Journal of Wuhan Textile University， 2019， 32 （2）： 12⁃15.
10	蒋彩，车辙，邢飞，等. 碳纳米管改性连续纤维增强树脂基复合材料层间性能的研究进展［J］. 复合材料学报，2022，39（3）： 863⁃883.
	JIANG C， CHE C， XING F， et al. Research progress on interlayer properties of carbon nanotube modified continuous fiber⁃reinforced resin based composites ［J］. Journal of Composite Materials， 2022， 39 （3）： 863⁃883.
11	边晋石. 碳纤维/无机颗粒共增强聚酰胺6复合材料的制备工艺与力学性能［D］.西安：西安建筑科技大学，2019.
12	周典瑞，高亮，霍红宇，等. 热塑性树脂基复合材料用碳纤维上浆剂研究进展［J］. 复合材料学报，2020，37（8）：1 785⁃1 795.
	ZHOU D R， GAO L， HUO H Y， et al. Research progress on carbon fiber sizing agents for thermoplastic resin based composite materials ［J］. Journal of Composite Materials， 2020， 37 （8）： 1 785⁃1 795.
13	白鑫，王云英，陈新文，等. 碳纤维表面处理法对纤维及其复合材料力学性能的影响研究进展［J］.南昌航空大学学报（自然科学版），2021，35（1）：42⁃51.
	BAI X， WANG Y Y， CHEN X W， et al. Research progress on the influence of carbon fiber surface treatment on the mechanical properties of fibers and their composites ［J］. Journal of Nanchang University of Aeronautics and Astronautics （Natural Science Edition）， 2021， 35 （1）： 42⁃51.
14	张伟臻. 环氧化硅橡胶的合成及其复合材料的制备与应用研究［D］. 北京化工大学， 2023. DOI： 10.26939/d.cnki.gbhgu.2023.000138 .
15	Zhang W Z， Yang Z L， Li Y， et al. Enhanced Compatibility， Morphology， and Low⁃Temperature Toughness of Polyamide 6/Poly（dimethylsiloxane）/Epoxidized Silicone Rubber Composites［J］. Industrial & Engineering Chemistry Research， 2023， 62：9 694⁃9 702.
16	LUNA C B B， SILVA BARBOSA FERREIRA E DA， SILVA A L DA， et al. Tuning the performance of PA6/EPDM‐MA nanocomposites reinforced with Ni0.5Zn0.5Fe2O4. Effect of the mixing protocol on mechanical， thermal， thermomechanical， magnetic， and morphological behavior ［J］. Polymer Composites， 2022， 43（7）： 4 447⁃4 462.
17	WANG G， ZHANG D， WAN G， et al. Glass fiber reinforced PLA composite with enhanced mechanical properties， thermal behavior， and foaming ability ［J］. Polymer， 2019， 181.

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
6^#	80	20	0	10

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
6^#	80	20	0	10

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