凯芙拉纤维／尼龙6热塑料复合材料的研制

第　巷第２朝　台战纤维工业　（ＨＩＮＡ　ＳＹＮＴＨＥ　Ｉ　Ｉ　ＦｌＨＥＲ　１ＮＤ１　ＪＳ　ＦＲＹ　Ｖ‘】Ｉ　２ｊ　Ｎｏ　２　＾ｐｒ　２　ｒ　（　

凯芙拉纤维／尼龙６热塑性复合材料的研制　

卢红危大福郑安呐　

（华东理ｌｒ大学材料学院反应挤出研究室，上簿　２００２３７）　

摘　要：研究了凯姜拉纤维　Ｊ尼尼５单体通过罚离子原位聚台制备热塑性复合材料的方法　氧氧化　钠为引发剂．甲苯二异鲁Ｌ酸酯（ＴＤＩ、为活化荆．确定体系帕聚合温度为］６０Ｃ．｛Ｉ筮剂　活化剂甩量为　６　４２ｍｏｌ／［　．聚膏时同６　ｒｄⅡ１ｌｎ．社此条件下檗台建度较怏．单体转化率１　ｈ后进９ｊ　上　研究发现．凯　蔓拉纤维经酰化地理后．基本ｔ　告对己内酰胺阴离　聚音体系产生阻聚作用　关键词：热塑性复合材料原垃聚含尼龙５凯芰拉奸维　中囤分类号±丁Ｑ３１．３２４　文献识别码　＾　文童编号　１　ｎ　畦ｌ（２０６２＇，ｎ２　０３５　、　

与热固’睦复合材料相比．热塑眭复合材料有　

优良的抗冲击’陛能。易于成型加工、修补和复用．　

十分有利于环保，深受亲睐。目前国内外达到生产　

规模的热塑眭复合材料还只限于短切纤维增强的　

复台材料和极少量玻璃纤维毡增强的复合材料　

其原因是热塑性复台材料较难成型，即热塑性树　

脂熔体特度很高，很难均匀分布在增强纤维之中　

形成复台材料　目前世界各国致力于研究连续长　

纤维增强热塑陛复台材料的技术　作者利用低粘　

度的活化单体浸渍凯芙拉纤维织物，然后就地进　

行隙位聚合制成热塑性复合材料　不仅解决ｒ高　

粘度树脂熔体浸溃困难的问题．而且可以在增强　

纤维或其织物经优化排列组台后原地进行浸渍，　

得到高韧性抗冲击的热塑性复台材料　

１实验　

１．１材料　

ｅ己内酰胺．工业级。上海塑料ｆ八厂生产；　

氢氧化铺、甲苯＝　异氰酸酯（ＴＤＩ”　为分析纯试　

剂；格利雅试剂．自制；凯芙拉纤维织物，美国杜邦　

公司生产　

１．２尼龙６的制备　

￡已内酰胺单体在氩气保护　Ｆ　１１　０　Ｃ减压蒸　

馏４　ｈ．加人引发剂，继续减压蒸馏１Ｏ　ｍｉｎ，再加　

八活化剂迅速搅拌均匀，注人１　６０（、模具中聚合　

１．３凯芙拉纤维的表面处理　

表面清洗用索氏抽提器，以甲苯为溶剂　对　凯芙拉纤维抽提处理２４　ｈ，除去纤维表面杂物　

表面浸渍　将经过表面清洗处理的纤维，用　

含氢硅油　有机硅树脂　固化剂　甲苯体系浸渍５　

ｍｉｎ，取出后放人烘箱内，９０　Ｃ固化、　

化学处理　将经过表面清洗的纤维．放＾三　

口烧瓶中，用醋酐沸腾处理约］ｈ降温冷却后，　

用乙醚清洗两次．然后放人烘箱中ｆ＝燥备用　

１．４复合材料的制备　

经表面处理的凯芙拉纤维于ｌ６０（　真空烘３　

ｈ后铺陈在模具中　１４０（、刖向模具巾注八经活化　

剂活化的己内酰胺单体．抽真空．单倬充分浸渍纤　

维．然后迅速升温到１　６０（聚合　

１．５分析方法　

聚合速度　从体系中加人活化　ｊ开始计时．　

至体系因尼龙结晶发白作为聚台速度的判据　

转化率　将聚合得到的尼龙锯成粒度约８０　

目的粉末，６５Ｃ去离子水苹取６　ｈ．６０（烘歪恒　

重。称量萃取前后粉末质量．计算转化率　

特性粘数的测定　尼龙粉束目ｊｔ于　氯甲　

烷中萃取６　ｈ．６５Ｃ烘至恒重，以间甲酚作溶剂．　

用鸟氏粘度计测特性牯数　

微观形貌　采用ＪＸＭ　８４０扫描电镜观察材　

料微观形貌。　

收稿日期：２００Ｉ］０　１　５；修订日期：２，：ｏ２　Ｉ　ｐ３　作者简介：　红ｔｌ　９６９　．直．湖　Ｌ武谈＾　碰　．助理葡竞　

．王要Ｈ事树脂基纤维复ｌ△材料的研制　基盒项目：　悔市教圣辞拉基盎　＿曲・９９ｉ（　ｊ０　２、

　维普资讯 http://www.cqvip.com ２结果与讨论　台成纤维１＝业　

２．１聚合反应体系的确定　据文献　报道．尼龙６在１　４０～１　４５（　时结晶　

速度最快。高于此温、结晶成核速度低；低于此温．　

体系的粘度增加，结晶的增长速度降低。作者以　

１　６０　Ｃ作为聚合温度，在此温度时单体的运动性较　

少地受到结晶聚台物的阻碍，既可以充分地发生　

反应、义不会因反应温度过高产生过多的副反应。　

己内酰胺引发体系包括弓ｆ发剂和活化剂．研　

究中引发剂和活化剂用量比为２：１　引发剂选用　

ｒ强碱、格利雅试剂，活化剂选用ＴＩ）Ｉ，尼龙６的　

聚合速度见图１　

ａ．格利雅试剂　

ｂ氡氧化钠　１　格利雅试剂及氢氧化钠用量对聚合速度的影响　Ｆｉｇ　１　Ｅｆｆｅｃｔ。ｆ　ＭｇＥｔＢ＊ａｎｄ　ＮａＯＨ　ｃｏｎｃｅｎ￣ｒａｄ　ｎ　ｏｎ　

ｐｏ　Ｖｎ１ｅｒＩｚａｔＩ…ａｔｅ　

实验发现、以格利雅试剂作引发剂时聚合速　

度相当慢，从加入引发剂、活化剂到单体聚合出现　

结晶发白通常需要１　ｈ以上．而采用氢氧化钠作　

引发剂时聚合速度则较快、只需几分钟　造成这种　

现象的原因可能在于镁离子的正电性小于钠离　

子・致使镁对应的阴离子的活陛较小、反应速度较　

慢。可见、在要求原位聚合反应速率的条件下．采　

用氢氧化钠作为引发剂较为合适。　

图２为不同引发剂、活化剂浓度时转化率与　

聚合反应时间的关系。从图２中可以看到当聚合　

反应进行到６０　ｒａｉｎ后，单体的转化率达到９５　第２ｊ卷　

以上　引发剂、活化剂的浓度越高．刚所能达到的　

平衡浓度也就越高。但是引发制的用量越大，体系　

中的钠离子越多，产物的『ｌｉ寸老化性能会下降　

图！　不同　ｌ发剂活化ｌ荆浓度时转化率与聚合厦血时　关系　Ｆｉｇ　２　Ｃｏｎｖｅｒｓｉａｎ　ｖ　ｐｏｌｙｍｅ￣ｌ　ｚ＾１ｉａｎ　ｔｉｎ：ｔ－１（　ｆ　ｒ　ｌｌＩ　ｃｃｎｅｅｎ　Ｌｒ　ｉｏａｓ　０【Ｎａ（】Ｈ　ａｎｄ］ＤＩ　ｌ　１　０．　ｔｏｏｌ—ｌｌ；２　８　‘ｎｊ０ｌ　ｌ；｛｜１　１　２ｌ１　ｌ　ｌｌ　

图３为引发剂、活化剂滩度　『刮时聚合产物　

的特性粘数值（以间甲酚作溶剂）　从图中口ｒ以清　

楚看到引发剂用量越大．得到的聚合物的特　粘　

数就越小．说明相对分子量也就越小　

崮３不ｌ可引点刑　化刑依腰¨１１辈什产柳的特匕Ｅ牯数　Ｆｉｇ　３　Ｅｆｆｅｃｔ。』ＮａＯＨ　ａｎｄ　ＴＤ］ｃｔ）ｔｌ（　ｌ＿－　…　Ｌ　：　

综台考虑聚台速度　聚合产物的相对分子质　

量和制品的耐老化及耐水降解等性能．可以得知　

尼龙６聚合较为合适的反应条件是引发剂　活化　

利用量为６．４２　ｍｏｌ／Ｉ　．聚合反应温度ｌ　６０（．聚合　

反应时间为６０　ｍｉｎ。这样既能保证较快的聚合速　

度．又能保证单体的转化卒　反应　ｈ以后达到　

９５　以　．并ＦＩ聚合物的相对分子质量也足够高，　

有利于提高制品的陛能　

２．２凯芙拉纤维的表面处理　

凯芙拉纤维有明显的吸湿性、即使将其放人　

真空烘箱１　６Ｏ　Ｃ烘数十小时、纤维表面吸附的水　

分仍对聚合具有强烈的阻聚作用、表现为纤维与　

尼龙的界面因聚台不良而呈黄色　必须对纤维的　

表面进行处理　作者采用ｒ表面浸渍．酰化处理两　

种　法　己内酰胺在经表面浸渍的纤维表面仍聚　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　卢红菩凯美拉纤维，尼龙６热塑性复台材料的研制　

合不好．纤维与基体的界面处呈黄色；但在酰化处　

理后的纤维表面聚合良好．界面颜色与其他地方　

基本尤差别．说明经酰化处理的凯芙拉纤维不再　

对己内酰胺阴离子聚合产生阻聚作用．能够以愿　

位聚合的方式制备成复合材料。就其原网口ｒ能在　

于：一方面．酰化处理的凯芙拉纤维表面，对水分　

的亲和陛破弱．从而降低了对聚台的阻聚作用；另　

方面．纤维表面的亚氨基被屏蔽，其活泼氧对阴　

离子聚合的影响减小　

图４是酰化处理前后凯美拉纤维的ＳＥＭ　

图．可以看出．纤维表面并没有出现任何的沟痕或　

损伤，说明酰化处理对纤维的力学　能无较』：＝的　

影响。　

ｂ酰化趾理　４凯美拉纤维的ＳＥＭ显微照片　Ｆｉｇ　４　ＳＥＭ　ｍ　Ｌ＝ｒ。ｐｈ。１。ｇｒ　Ｐ　０　Ｋｅｖｌ　ｆｉｂｅｒｓ　凯芙拉　尼龙６复台材料的断面见图５。可以　

看出，纤维与原位聚台尼龙间有良好的界面结台　

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｋｅｖｌａｒ　ｆｉｂｅｒ，／ｎｙｌｏｎ　６　ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　

Ｉ　ｕ　Ｈｏｎｇ．ＷｅＩ　Ｄａｆｕ．Ｚｈｅｎｇ　Ａｎｎａ　

ＬＥｎ　（＇Ｊ，ｉｎａＵｎｉｚ。ｅｒｓｉ￣ｆ　１　Ｓｃｉｅｎ￣Ｐ　ａｎｄ　Ｉ　ｒ　１　ｎ　１“，ｇ，ｔ　ｓｈ。　ｇｈａｉ　２００２３７）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ￣ｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｏｆ　Ｉｇｅｖ［ａｒ　ｆｉｂｅｒ／ｎｙｈｍ６　ｐｒｅｐａｒｅ（［ｖｉａ　ａｎｉｏｎｉｃ　ｉｎ　ｉｔ　ｐｏｌ　ｒ　Ｌ　１ｉ、　．【ｈ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａ　ｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ：ｈｅ　ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｐｏ］ｙｍｅｒｉｚａｔｌｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｎａ（）Ｈ　ａⅧｉｎｉｔｉａｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｏ］ｖ１　ｄｉｉｓｏｃｙａｎａ・ｅ　Ｌ　ｒＤ１】　ｎ　ａｃｔｉｖａｔｏｒ　ｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ａｓ：ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｕｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ。　１６０　Ｃ，Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｄｏｎ　０ｆ　Ｔ１１　ｉｎｉｒｉ㈣ｔ　ｒ　ｄ　ｈ　ｎｖａｔ。ｒ　ｏｆ　４２　ｍｏ］　Ｌ，ａｎｄ　ｐｏｌｙｔｒＪｅｒｉｚａｔ　Ｊｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　６０　ｒａｉｎ．Ｔｈｅ　ｐｏ［ｙｍｅ　ｒｉｚａｔｉｏｃ．ｓｐｅｅｄ　ｉｎｃｒ　ｌｓｅｄ　ｔ　ｕｃｈ　Ｌｎ　ｆｘｔｅＬｔ　１　ｈａｔ　ＩＴｔＯ　１１０ＩＴｌｅＹ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｒｅａｃｈｅｄ　ａｂｏｖｅ　９５　ｉｎ　１　ｈ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅｓｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｆｏｎｎｄ　ｔｌ１ａｔ　Ｋｅ　ｒ　ｆｉｂ　ｕｂ１ｅｃ－ｅｄ　ｔｕ　ａｃｙｂ　ｔ㈣Ｏｉｌ　ｕｌｄｎ’ｔ　ｉｎｈ［ｂ［ｔ　ｔｈｅ　ｃａｐｒｏｌａｃｔａｍ　ａｎｉｏｎｉｃ　ｐｏｌｙｔ－ｎｅｒｉｚａｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍｏｐ［ａｓｔｉｃ　ｃｏｔｎｐｏｓｋｅｓ：ｉｎ　ｓｋｕ　ｐｏｔ　ｒ　Ｌ㈣ｔｉ　；ｎｖＩｏｎ６　Ｋ　ｌ㈣ｆｉｂ　ｒ　一　一～一～一一一　一一一　一～　一～　～　～一　～　帅　～　一

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