尼龙66改性的最新研究进展

尼龙66改性的最新进展

第一章诸论

1.1 尼龙66的概述

尼龙66是一种高档热塑性树脂，是制造化学纤维和工程塑料优良的聚合材料。它是高级合成纤维的原料，可广泛用于制作针织品、轮胎帘子线、滤布、绳索、渔网等。经过加工还可以制成弹力尼龙，更适合于生产民用仿真丝制品、泳衣、球拍及高级地毯等。尼龙66还是工程塑料的主要原料，用于生产机械零件，如齿轮润滑轴承等。也可以代替有色金属材料作机器的外壳。由于用它制成的工程塑料具有比重小，化学性能稳定，机械性能良好，电绝缘性能优越，易加工成型等众多优点，因此，被广泛应用于汽车、电子电器、机械仪器仪表等工业领域，其后续加工前景广阔。

尼龙66由己二胺和己二酸缩合制得，常见的尼龙是一种结晶性高分子，不同牌号、不同测试方法报道的尼龙66的熔点在250-271℃之间。由于尼龙66无定型部分的酞胺基易与水分子结合，常温下尼龙66的吸水率较高。与一般塑料相比，尼龙66的冲击韧性大，耐磨性优良，摩擦噪音小，另外，尼龙66对烃类溶剂，特别是汽油和润滑油的耐受力较强。尼龙66的90%应用于工业制品领域。其中，尼龙在汽车工业中的用量占总用量的37%，其用途包括储油槽、汽缸盖、散热器、油箱、水箱、水泵叶轮、车轮盖、进气管、手柄、齿轮、轴承、轴瓦、外板、接线柱等。尼龙66的第二大应用领域是电子电器工业，消耗量占总量的22%，其用途包括电器外壳、各类插件、接线柱等。此外尼龙66也被广泛应用于文化办公用品、医疗卫生用品、工具、玩具等场合。

我国尼龙66的生产起步于60年代中期。1964年辽阳石油化纤公司引进了法国生产技术，建设了年产4.6万吨的生产装置。1994年，我国第二个尼龙“生产装置开工建设，该装置引进日本的技术，年产尼龙66为6.5万吨。在当前形势下，外商普遍看好我国尼龙“产品市场。美国杜邦、德国伍德、日本东洋和旭化成等公司均将大量尼龙66等制品投放中国市场，面对跨国公司的激烈竞争，我国必须建设我们自己的尼龙66生产与加工产业，提高国内企业在市场中的地

位。由于尼龙66的生产目前仍是走国外引进的路子，就要求国内加大尼龙66深加工的力度，拓展尼龙66的广阔市场。尼龙66的深度加工具有加工工艺简单、建设周期短、投资少、增值快的特点，大部分属于短平快项目。有的深加工项目只需增添一些增强剂、改性剂，然后注塑成型即可制成工程塑料。目前，我国对尼龙66的深加工主要是用来生产轮胎帘子布和高级合成纤维，而用于工程塑料尚处于摸索起步阶段。

PA66的力学性能、耐磨性、自润滑性、耐腐蚀性优良，成型加工性较好，但PA66吸水率大，尺寸稳定性和电性能较差，耐热性和低温冲击性能亦有待提高。为提高PA66的物理力学性能，扩大其应用范围，人们通过填充增强、共混等方法对PA66进行改性，研制开发出一系列高性能化、高功能化的改性PA66新品种。近年来，复合材料的发展速度十分惊人，功能化PA的研究也十分活跃。为了满足使用的要求，拓展其应用的空间，开发多功能PA材料已成为新的研究课题[1-2]。

1.2 影响尼龙66的强度和韧性的主要因素

尼龙66表现出脆性行为还是韧性行为既与尼龙66本身结构如化学结构、二次结构等有关，还与外界条件如温度、湿度、应变速率有关。下面就影响尼龙66强度和韧性的几个主要因素进行讨论。

1.2.1 化学结构的影响

高聚物材料的破坏无非是高分子主链上化学键的断裂抑或是高分子链间相互作用力的破坏，所以尼龙66的强度来源于主链化学键和分子间的相互作用力，通过增加高分子的极性或产生氢键都可使材料强度提高。尼龙66有氢键，拉伸强度可达60-83Mpa，氢键密度越高，材料的强度也就越高。但如果极性基团过密,致使阻碍高分子链段的活动性，则虽然强度会有所提高，但材料变脆。

1.2.2 添加剂的影响

1.2.2.1 增塑剂

一般地说，在高聚物中加入增塑剂后，因削弱了高分子之间的相互作用力，会导致材料的断裂强度下降，强度的降低值与加入的增塑剂量成正比，同时也能降低材料的屈服强度，从而提高材料的韧性。水对高分子链上带有亲水基团的尼龙66来说是一种增塑剂，尼龙66吸水后摸量和强度明显下降，断裂伸长率和冲击强度提高。但是尼龙66吸水过多会严重变形而影响其尺寸稳定性，即在吸水

量超过某一临界值后，不仅强度下降，韧性也会变坏。

1.2.2.2 固体填料

尼龙66复合材料的强度同填料本身的强度和填料与尼龙66的亲和程度有关。一类是为降低成本而采用的惰性填料，只起稀释作用，它将使尼龙66的强度降低；另一类是把提高尼龙66的强度作为主要目的的活性填料，如现今发展起来的玻璃纤维以其高强度和低廉价格的优势而成为普遍采用的纤维增强填料。

1.2.3 共聚和共混的影响

高聚物的共聚共混是改善高聚物性能的重要手段之一，通过共聚和共混可以达到提高应用性能、改善加工性能或降低成本的目的，因而引起了广泛的关注。在尼龙66共混复合材料中，不同组分之间主要是以物理作用结合，在强的剪切作用下熔融混合时，由于剪切作用可能使大分子产生断链，产生少量的自由基，从而生成嵌段或接枝共聚物，或在共混物中加入增容剂，也可以在其中引入少量的化学键合。用接枝共聚、嵌段共聚和共混的方法对尼龙66的力学性能进行改性的效果与基体尼龙66和分散相的化学组成与结构、分散相的含量、粒径和接枝率等因素有关。

▪第二章尼龙66的改性研究

2.1 PA66的填充增强改性

在PA66树脂中加入纤维增强材料，不仅可保持PA66树脂的耐化学药品性，加工性能等优点，而且力学性能，耐热性能亦可大幅提高，尺寸稳定性等也能得到明显的改善[3]。

由于玻璃纤维(GF)的比强度和杨氏模量比PA66大10-20倍，线膨胀系数约为PA66的1/20，吸水率接近于零，且有耐热和耐化学药品性好等特点[4]。增强剂E一玻璃纤维(GF)具有良好的机械性能，其单丝强度达到3500N/ mm2，弹性模量达到73000N/ mm2，适合于做工程用增强材料。先用硅烷类偶联剂对玻纤表面进行处理，否则玻纤与尼龙的界面粘合能较小，容易从尼龙基体中拔出。偶联剂通过与增强材料表面的某些基团反应，又与基体树脂反应，在两者之间形成一个传递应力的界面层，增强玻纤与尼龙66之间的粘合强度。研究表明，玻纤增强尼龙66复合材料在玻纤含量为30%时，其缺口冲击强度达到最大值。含量为15%时，无缺口冲击强度达到最小值。需将玻纤含量控制在30%附近，材料的缺口、无缺口冲击强度才会达到较理想的值，其拉伸强度也较高。如果在增强的基础上进一步进行增韧改性，则尼龙66复合材料的综合性能会有更大幅度改善。