尼龍66/二硫化鉬改性研究

劉通昊 張明祖

摘 要：采用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混方法，制備含不同含量二硫化鉬的尼龍66（PA66）改性復(fù)合材料。經(jīng)力學(xué)性能，流動性，耐磨性測試表明：隨著二硫化鉬添加量的增加，PA66復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、耐熱性和耐磨性逐步增加，但沖擊強(qiáng)度逐步下降，流動性先變差、后有所變好。

關(guān)鍵詞：尼龍66；二硫化鉬；力學(xué)性能；耐磨性

中圖分類號：TQ323 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0113-03

Abstract： Nylon 66 blended various of ratios of MoS2 were prepared by melt-blending using the twin-screw extruder. The mechanical properties， flowability and abrasive resistance of the composites were characterized. The results showed that with the increase of MoS2， the tensile strength， heat resistance and abrasive resistance of the composite are gradually increased， the impact strength gets worse， and the flowability gets worse before it gets better.

Keywords： nylon 66； MoS2； mechanical properties； abrasive resistance

尼龍66（PA66）是一種聚酰胺類高分子，在1938年杜邦公司開發(fā)成功，由己二酸與己二胺縮聚而成高分子，PA66具有較高的結(jié)晶度，分子鏈間可形成氫鍵，分子作用力強(qiáng)，因此PA66有良好的拉伸強(qiáng)度、硬度和耐有機(jī)溶劑的特點，在工業(yè)中有著廣泛的使用[1]。

尼龍66分子鏈的規(guī)整、對稱性高，結(jié)晶度高，具有較好的剛性和一定的柔順性，其分子鏈進(jìn)行了有規(guī)律的折疊，形成的晶體多為片晶，片晶的表面與晶體的面是平行的，這有利于提高該材料的潤滑性[1][2]。

尼龍66材一般難于滿足在各種環(huán)境下的使用要求，通常不同的改性增強(qiáng)其性能。有文獻(xiàn)[3]-[6]報道，尼龍66添加無機(jī)礦物粉，經(jīng)共混后，尼龍66的拉伸、彎曲強(qiáng)度，熱變形溫度有所提高的同時，因粉體的加入，限制了分子鏈的流動，焓值變小，使混合物的結(jié)晶度降低。

本文通過制備含不同量的二硫化鉬的尼龍66，研究二硫化鉬對尼龍66力學(xué)、耐磨等性能的變化規(guī)律。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

PA66，EPR27W 神馬工程塑料有限責(zé)任公司；二硫化鉬，金堆城鉬業(yè)；抗氧劑1098，BASF；抗氧劑168，BASF。

1.2 實驗儀器及設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)，ZSK26，科倍隆；注塑機(jī)，SM120TSV震雄注塑機(jī)有限公司；萬能試驗機(jī)，4466美國Instron公司；沖擊儀，IT-503美國Instron公司；熱變形，500AI Oxid美國CEAST；耐磨儀，5151 TABER。

1.3 試樣制備

（1）按表1配料比例，分別稱取各個樣品相應(yīng)物料量；除二硫化鉬外，各物料預(yù)先使用高速混合機(jī)混合均勻。

（2）將混合好的物料通過主加料口加入，二硫化鉬通過側(cè)向加入，通過雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出造粒。雙螺桿擠出機(jī)的各區(qū)溫度及工藝參數(shù)如下：一區(qū)：50℃，二區(qū)：250℃，三區(qū)：265℃，四區(qū)：270℃，五區(qū)：270℃，六區(qū)：270℃，七區(qū)：270℃，八區(qū)：270℃，九區(qū)：270℃，十區(qū)：270℃，十一區(qū)：270℃，接合部：270℃，機(jī)頭：270℃。

（3）對不同比例二硫化鉬的改性料，各取一定量，在120℃條件下，烘干處理4小時后，在注塑機(jī)上制備相應(yīng)的試驗樣條，力學(xué)樣條尺寸按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)；另外，注塑直徑60mm圓片作為摩擦損耗實驗的樣品。

（4）注塑Spiral Follow，測試各配方材料的流動性。

1.4 樣品性能的測試

拉伸性能測試，依據(jù)ASTM D638標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試；

沖擊性能測試，依據(jù)ASTM D256標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試；

熱變形溫度，依據(jù)ASTM D648標(biāo)準(zhǔn)測試；

Spiral Flow的測試，按照ASTM D3123，

DSC的測試，按照ASTM E794-2001，

磨耗測試，按照ASTM D3884標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 MoS2對PA66改性料力學(xué)性能、熱形變的影響

從表2可以看出：隨著MoS2含量的增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度處于下降趨勢，拉伸強(qiáng)度逐漸增加，伸長率處于下降的狀態(tài)，熱變形溫度處于上升狀態(tài)。根據(jù)MoS2是層狀結(jié)構(gòu)，層與層間易于滑動[7]，我們認(rèn)為：PA66與MoS2通過熔融共混形成的，隨著MoS2含量用量增加，PA66的分子鏈插層到MoS2的片層之間，MoS2可形成類似于骨架的結(jié)構(gòu)，在受到?jīng)_擊力時，因MoS2自身不易形變，加上PA66與MoS2結(jié)合力小，因而不能吸收更多的沖擊能，導(dǎo)致其混合料容易產(chǎn)生斷裂，表現(xiàn)出沖擊強(qiáng)度逐步降低，拉伸時斷裂伸長率處于下降；PA66與MoS2之間“擬骨架結(jié)構(gòu)”，隨MoS2增加，“骨架”密度越大，一定程度上限制了PA66鏈段分子的運(yùn)動，有利于提高拉伸強(qiáng)度和增加材料的耐熱性。

2.2 MoS2對PA66改性料流動性能的影響

從圖1可以看出：PA66填充二硫化鉬后，其材料的流動性有所變差，然后逐步變好，在MoS2含量為25%時，流動性最好，隨著MoS2用量繼續(xù)增加，流動性逐步下降。我們認(rèn)為：二硫化鉬是層狀結(jié)構(gòu)，在其一定用量范圍，對混合物的流動有改善作用；隨著二硫化鉬的增加，片狀的粉體對分子鏈的流動起到了阻礙作用，降低了復(fù)合材料的流動性[8]。

2.3 MoS2對PA66改性料磨耗性能的影響

從圖2可以看出：隨著MoS2含量的增加，復(fù)合材料的耐磨性有明顯改善。MoS2能改善磨耗的原因，通常解釋為：共價鍵相結(jié)合的鉬元素與硫元素，在摩擦過程中隨著摩擦熱量的產(chǎn)生，一部分硫原子與接觸面的金屬形成金屬硫化物，附著在摩擦面的表面，形成一層完整的具有潤滑作用的薄膜[7]-[11]。隨著MoS2含量的增加，形成“薄膜”程度與速度也越快，產(chǎn)生的磨耗也越少，在達(dá)到25%時，磨耗達(dá)到最低值。在MoS2含量的增加到25%以上以后，磨耗開始增加，可能是形成的薄膜增厚，在摩擦過程中易剝落有關(guān)[12]。

2.4 PA66改性料的DSC分析

有關(guān)不同添加量MoS2的PA66改性料的DSC測試曲線如圖3所示。

根據(jù)DSC測試曲線可以得到Tc、Tm，經(jīng)相應(yīng)計算得到△Hm，將有關(guān)數(shù)據(jù)整理列入表3。

從表中看到：二硫化鉬填充PA66后，Tm變化不明顯，但其焓值△Hm不斷減少，說明嵌入到PA66分子鏈中MoS2對PA66鏈段的運(yùn)動起到了阻礙作用，使焓值有所降低；Tc溫度的不斷上升，也反映了隨著MoS2的增加，受到運(yùn)動阻礙的分子鏈延緩了其結(jié)晶性，從而降低了結(jié)晶度[13]。

3 結(jié)論

（1）隨著MoS2用量增加，其改性尼龍66的拉伸強(qiáng)度不斷增加，熱變形溫度不斷上升，而沖擊強(qiáng)度不斷下降。

（2）在MoS2一定的用量（10-25%）范圍內(nèi)，MoS2對尼龍66材料的流動性具有改善作用。

（3）MoS2改性PA66材料的耐磨性比較好，隨著MoS2用量增加，其磨耗逐步減少。

（4）MoS2的加入阻礙了PA66的分子鏈段的運(yùn)動，使Tc溫度不斷上升，延緩結(jié)晶性，并降低結(jié)晶度。

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