尼龍6物理改性技術研究進展

孫彩虹，畢靜利，張艷君，孫 麗

(1.魯西化工集團股份有限公司，山東 聊城 252000；2.聊城市國土資源局，山東 聊城 252000)

尼龍6(PA6)由己內酰胺通過水解聚合，或陰離子聚合，或固相聚合而得，是聚酰胺中產量最大的品種之一。起初，由于PA6吸水性強、尺寸不穩定性等，主要用于合成纖維，到90年代通過改性使PA6在汽車、電子電器、機械等領域得到了發展。為改善PA6本身的缺陷，擴大其在汽車、電子電器和機械領域的應用，國內外研究者對PA6進行了大量的研究和開發，尤其是集高剛性、高強度和高韌性于一體的增強增韌改性材料，更是研究的熱點。研究的主要方法包括化學改性和物理改性，其中增強、填充、阻燃、納米復合、共混合金等方法以其投資小、見效快、生產周期短等特點得到廣泛應用。

1 增強改性

1.1 玻璃纖維(GF)增強改性

增強改性是采用纖維增強材料(玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等)對PA6進行增強，是尼龍6主要的改性方向。PA6經增強后剛性增大，尺寸穩定性提高。纖維增強材料最常用的為玻纖。楊旭宇等人[1]采用硅烷偶聯劑KH550處理玻璃纖維制備了PA6/GF材料。結果表明 GF經偶聯劑處理后PA6/GF的拉伸強度和缺口沖擊強度增大，有效地改善了GF與PA6間的界面結合。徐奔、徐文權等人[2]開發了一種50%～60%高玻璃纖維增強的PA6材料，材料著色好、表面光潔，具有非常突出的耐熱形變性能及優異的力學性能，超過了有色金屬。陳春華、李永華等人[3]為解決長纖維增強尼龍材料制備過程中尼龍熔體局部易變黃、氧化分解、斷纖等問題，開發了熔融浸漬法制備玻纖增強尼龍的新技術。

1.2 碳纖維增強改性

碳纖維改性PA6因其具有優良的力學性能、耐熱性等，在汽車、機械、體育、航空航天等領域得到了較多的應用。碳纖維增強PA6復合材料多采用短纖維、短切纖維及長纖維等散纖維作為增強體形式，而紡織碳纖維增強體系因成型加工難在應用上受到了限制。李春華等人[4]將碳纖維經表面處理后制備了碳纖維/PA6復合材料，其拉伸強度提高了33%。全球領先的碳素相關產品制造商西格里集團(SGLGroup)聯合巴斯夫公司于2012年10月開展碳纖維/PA6創新型復合材料系統研究，于2015年3月成功研制出多功能性復合材料。該復合材料具有高硬度、高沖擊性及可焊接等優異功能。巴斯夫與汽車OEM制造廠商密切合作，合力開發堅固耐用的碳纖維/PA6復合材料機械零部件，實現輕型結構部件在汽車等行業的便捷生產。

2 增韌改性

通過與熱塑性彈性體共混，可明顯提高PA6低溫性能。PA6與含有烴基的烯烴彈性體或彈性體的接枝共聚物等可制得超韌性PA6材料。馬麗風、魏馨豐等人[5]采用聚丙烯(PP)、三元乙丙橡膠接枝馬來酸酐(EPDM-g-MAH)、酚醛樹脂(PF)制備TPV-g-MAH，將PA6與TPV-g-MAH共混制備高韌性合金，綜合性能得到很大提高。朱懷才、王忠強等人[6]以高密度聚乙烯接枝馬來酸酐(HDPE-g-MAH)為相容劑，制備高韌性PA6，改性后PA6的性能優異，尤其是沖擊強度較高。陳常明、陳凱等人[7]將PA6和彈性體氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或氫化苯乙烯- 異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)與其他助劑共混制備出具有良好柔韌性的彈性體材料。

3 阻燃改性

汽車、電子電器、機械儀表、家用電器、辦公室和通訊設備等領域對尼龍阻燃的要求越來越高。隨著環保壓力的增大，無鹵阻燃劑得到了更多應用和研究。王超、李迎春等人[8]合成出新型單組份磷-氮膨脹型阻燃劑，以有機蒙脫土(OMMT)為填充物，制備出阻燃型CTOB/OMMT/PA6復合材料，經研究表明，CTOB和OMMT在PA6中表現出良好的協同阻燃效果。李明猛、陳英紅等人[9]采用熱聚合的方法制備了氮磷無鹵阻燃劑MPP，成功解決了PA6/GF燃燒時的“燭芯效應”問題。張現軍、田晉麗等人[10]基于填充PA6存在非環保阻燃、阻燃等級低、GWFI 測試不穩定等問題，研究了一種具備GWFI 測試穩定、環保阻燃等特性的聚酰胺組合物，在低壓電子電器領域具備良好的應用前景。

4 共混改性

隨著我國工業的發展，對工程塑料的性能和功能要求越來越高，開發耐高溫、高硬度、高韌性等的高性能的PA6合金已成為近期開發的重點。當前研究較多的主要有PA6/PA66、PA6/ABS、PA6/PPO、PA6/PC等共混合金。

4.1 PA6與PA66共混

PA6和PA66化學結構相近，相容性好，生成的共混物兼有兩種尼龍的特點，可以平衡各種尼龍的特性。BASF公司采用無鹵阻燃體系生產的阻燃PA6/PA66共聚物KR4209有很好的抗沖擊性能，在-40℃下沖擊強度超過267J/m，成型周期短，并容易脫模。上海金發科技發展有限公司張永、周華龍等人[11]分別將PA66、PA6 以不同比例共混，得到不同類型的尼龍粒料。采用衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR) 與差示掃描量熱(DSC) 法研究了PA66、PA6 及其不同比例共混物的熔融與結晶行為。結果表明，當兩者共混時，PA6 質量分數超過40% 時共混物開始出現PA6 的熔融峰與結晶峰。

4.2 PA6與ABS共混

通過與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混，改善了PA6的易吸濕性、尺寸不穩定性等缺點。意大利 SPA公司開發的PA6/ABS合金，含15%玻纖增強，可用來制作汽車齒輪且可涂刷，與增強尼龍相比，其制品的尺寸穩定性、表面涂飾性都有所改善。陳光偉、張強等人[12]通過雙螺桿擠出制備了中黏度(2.4～2.7 Pa·s)的PA6與聚丁烯(PB)質量分數達到16%的ABS的合金，研究表明，制備PA6/ABS合金具有優異的力學性能。

4.3 PA6與PPO共混

聚苯醚(PP0)是一種耐熱性、韌性好的非結晶性工程塑料，但加工溫度較高，限制其應用。PA6/PPO具有熱變形溫度高、力學性能好、剛韌兼備可噴涂等特點，已成為改性PA6的一個重要發展方向。李細珍、巫曉鑫等人[13]以一定的比例同時添加乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(8900)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(1125)、馬來酸酐接枝聚苯醚(PPO-g-MAH)等三種相容劑制備PA6/PPO共混合金，探討了不同量聚苯醚和相容劑對合金力學性能、耐熱性能、加工性能和吸水性能的影響。武德珍、戰佳宇等人[14]以馬來酸酐化的三元乙丙橡膠(EPDM-g-MAH)為增溶劑，與聚苯醚(PPO)、PA6共混，制備了PPO/PA6/EPDM三元共混合金，改性后材料相容性好，大大提高共混合金的韌性。

4.4 PA6與PC共混

PA6與聚碳酸酯(PC)合金化，既可保持原有PA6和PC的優良性能，又改進各自聚合物性能的不足。PA6和PC共混物是熱力學不相容體系，如何改善PA6和PC共混物界面情況，控制相形態，提高共混物力學性能是近年來的研究熱點。華東理工大學陳軍、吳唯等人[15]在聚烯烴彈性體(POE)增韌PA6/PC合金的基礎上添加六亞甲基-1，6-二異氰酸酯(HDI)制備合金，形成了更復雜的多重網絡結構，提高了PA6與PC的相容性，使合金成為一種超韌性材料。四川大學傅強、張琴等人[16]以國產PC、PA6和各種改性劑為原料制備PC/PA6共混合金，合金韌性提高，達到日本專利產品MB5000 的性能指標。香港大學的S.C. Tjong,Y.Z. Meng的等人[17]以環氧樹脂為增容劑制備PC/PA6合金，研究其相容性和力學性能。日本材料化學國家研究所S. Horiuchi, N. Matchariyakult等人[18]以SEBS-g-MA為增容劑制備PA6/PC合金，其兩相相界面相容性較好，并保持了較好力學性能。

5 結語

隨著我國工業的發展，對工程塑料的性能和功能要求越來越高，開發耐高溫、高硬度、高韌性、可電鍍、或具有抗菌、阻燃功能等的高性能、多功能的PA6合金已成為當前開發的重點。國內外學者通過對PA6改性進行大量的研究，開發出了許多綜合性能優良、加工性能好的產品。目前應加大新增容劑和新的增容技術開發，進一步完善工藝，提高合金的性能。同時隨著新材料、新工藝和新設備(如反應擠出機等)在PA6合金中的應用，PA6改性技術的開發必將躍上一個新的臺階。

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