尼龙6的耐热改性及其性能研究

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尼龙6,又叫聚酰胺6(Polyamide6),简称PA6,是目前用量最大的脂肪族尼龙品种之一,具有良好的机械性能、耐腐蚀性、耐油性及自润滑性,是一种“通用级”工程塑料,且性价比较高,得到了广泛的应用。随着汽车的小型化、轻量化,以及电气设备的高性能化,对PA6的需求量越来越大,同时对其强度、耐热性、耐寒性等方面也提出了更高要求。但PA6相比其他高性能工程塑料聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)等热变形温度较低,耐热性能较差,无法满足PA6在汽车发动机、燃油系统、电器设备等高耐热领域的应用,因此对其进行耐热改性具有十分重要的意义。  为了提高PA6的耐热性能,拓宽其应用领域,本论文做了以下三方面的研究:  一、基于N-苯基马来酰亚胺特有的刚性五元环和苯环结构能够有效抑制分子链的移动和旋转,对PA6具有较好的耐热改性作用能。本论文采用溶液聚合法,以N-苯基马来酰亚胺(N-PMI)与马来酸酐(MAH)为单体、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)为引发剂,以不同反应温度和时间合成了一种耐热剂N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐二元共聚物(NMA),通过红外光谱、核磁共振1H谱、GPC、DSC、酸碱滴定法等分析表征方法,研究了不同反应温度和时间对NMA结构与性能的影响。研究结果表明:合成的产物即为N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐二元共聚物;反应温度对NMA的分子量影响大于反应时间;随着反应温度的升高和反应时间的延长,NMA的产率和马来酸酐含量逐渐增加;合成NMA的最佳工艺条件为:反应温度为110℃,反应时间为5h。  二、由于NMA的分子结构与PA6差异较大,导致NMA与PA6的相容性不好,对PA6的耐热性能提高有限。为了改善NMA与PA6的相容性,并进一步提高其耐热性能,将固定质量配比的PA6/NMA(100/7.5)分别与不同分子结构的扩链剂MPBO、SAG共混,制得两种不同扩链剂用量的共混物 PA6/NMA/MPBO和PA6/NMA/SAG,采用转矩流变、毛细管流变、热变形温度、SEM、DMA、TGA, DSC等表征方法研究了小分子扩链剂与高分子扩链剂的用量对PA6/NMA共混物耐热性及相容性的影响。研究结果表明:MPBO、SAG两种扩链剂对共混物均具有扩链和增容的效果,均能使共混物的粘度、相容性以及热变形温度提高,但热分解温度和结晶度降低;相比小分子扩链剂MPBO,高分子扩链剂SAG对共混物的热变形温度及玻璃化转变温度提高更多;当SAG用量为4份时,PA6/NMA/SAG共混物的热变形温度、玻璃化转变温度最高,分别较纯PA6提高了30.1℃和11.1℃。  三、为了进一步提高PA6的耐热性能,将固定质量配比的PA6/NMA/SAG(100/7.5/4)分别与两种不同晶体结构的有机改性高岭土、蒙脱土无机填料共混,制得PA6/NMA/SAG/高岭土、PA6/NMA/SAG/蒙脱土复合材料,通过毛细管流变、力学性能、热变形温度、DMA、TGA、DSC、TEM等表征手段对复合材料流变性能、结晶性能、耐热性能等进行了研究。探索不同晶体结构的有机改性层高岭土、蒙脱土用量对复合材料耐热性能的影响。研究结果表明:两种无机填料均能使复合材料的热变形温度、结晶度、拉伸强度、弯曲强度以及储能模量提高,但缺口冲击强度以及剪切粘度有所下降。相比蒙脱土,高岭土对复合材料的热变形温度及玻璃化转变温度提高较大,耐热改性效果优于蒙脱土。当高岭土为8份时, PA6/NMA/SAG/高岭土复合材料的热变形温度、玻璃化转变温度达到最大值,相比纯PA6分别提高了42.3℃和14.39℃。
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