一、 核心力学性能随填充量变化趋势

1. 拉伸强度：先升后稳，硅灰石略优

• 趋势：随着填充量从 0 增加到 30%，拉伸强度先快速上升，在 20%-25% 左右达到峰值，继续增加填充量强度增长变缓甚至下降（因团聚导致）。
• 对比：在高填充量（>20%）下，硅灰石晶须的增强效果通常略优于硫酸钙晶须。
  • 原因：硅灰石的莫氏硬度更高（4.5-5 vs 3-3.5），刚性支撑作用更强；而硫酸钙晶须在高温高剪切下可能发生轻微的晶须折断，损失部分长径比。
   

2. 断裂伸长率：持续下降，硫酸钙更优（降幅更小）

• 趋势：随着填充量增加，伸长率呈指数级下降。纯尼龙的断裂伸长率通常在 40%-200%，填充 30% 晶须后，可能骤降至 5%-15%。
• 对比：相同填充量下，硫酸钙晶须填充体系的断裂伸长率远高于硅灰石。
  • 数据参考：填充 30% 时，硅灰石 / PA6 的伸长率可能仅剩 5%-8%，而硫酸钙 / PA6 仍可保持在 10%-13% 左右。
  • 原因：硫酸钙晶须表面更光滑，长径比分布更均匀，对基体的 “割裂效应” 相对较小；硅灰石表面羟基多，若处理不当易形成应力集中点。
   

3. 弯曲模量（刚性）：显著提升，硅灰石略优

• 趋势：刚性随填充量线性上升，这是使用晶须的主要目的。
• 对比：硅灰石在提升弯曲模量方面表现稍好。填充 30% 改性硅灰石，尼龙的弯曲模量可提升 60%-80%；硫酸钙晶须提升幅度约为 50%-70%。

4. 缺口冲击强度：先降后升（取决于改性）

• 未改性：两种晶须都会导致冲击强度下降，硅灰石因相容性问题，降幅可能更大。
• 改性后：经偶联剂处理后，界面结合增强。在低填充量（<15%）下，冲击强度可能高于纯尼龙（晶须拔出消耗能量）。硫酸钙晶须在此方面表现更稳定，不易因应力集中导致脆断。

 

二、 量化对比表（以 PA6 为基体，偶联剂改性）

 

三、 关键影响因素与工程建议

1. 表面改性是前提（决定性能上限）

• 未改性：填充量超过 15% 后，力学性能会急剧恶化（尤其是伸长率和冲击），因为无机晶须与有机尼龙之间存在界面间隙。
• 建议：必须使用硅烷偶联剂（如 KH-550 用于 PA）处理晶须。处理后，界面结合力提升，上述表格中的伸长率和冲击强度数据可提升 10%-30%。

2. 填充量的 “黄金区间”

• **<15%**：属于**增强增韧区**。此时强度提升明显，伸长率降幅可控（仍 > 30%），性价比最高。适合对韧性有一定要求的结构件。
• 20% - 25%：属于刚性最佳区。强度达到最高，刚性显著提升，但伸长率降至 10%-20%，材料开始变脆。适合承受静态载荷的部件。
• >30%：属于加工风险区。熔体粘度大幅上升，螺杆扭矩大，晶须易折断，且力学性能提升边际效应递减，不建议常规使用。

3. 如何选型？

• 选硫酸钙晶须：如果你的产品既需要刚性，又担心太脆（例如需要卡扣配合、承受轻微变形的部件），或者对表面光洁度要求高（硫酸钙晶须亮度高，制品表面更光滑）。
• 选硅灰石晶须：如果你的产品追求极致的刚性和尺寸稳定性，且工作环境为静态受力（例如电机外壳、固定支架），对断裂伸长率要求极低。

4. 工艺补偿

• 干燥：两种晶须都吸潮，必须在 80℃下干燥 2 小时以上，否则尼龙水解会导致力学性能下降。
• 螺杆组合：使用中等剪切的螺杆组合，避免过高剪切力将晶须 “打碎”，破坏其长径比，导致增强效果失效。

总结

• 求韧性，选硫酸钙（伸长率降幅小）。
• 求刚性，选硅灰石（模量提升高）。
• 最佳填充量：建议控制在 15% - 20% 之间，以平衡性能与成本。

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