聚酰胺粉(尼龙6)的改性与应用

2020/5/26 13:24:32

背景及概述[1]

聚酰胺粉(尼龙6)化学名称为聚己内酰胺,结构式为[—NHCH25CO-]n,是一种半透明或乳白色的热塑性树脂,自润滑性、耐磨性及耐溶剂性均佳。聚酰胺粉(尼龙6)比尼龙66刚性小,应用广泛。聚酰胺粉(尼龙6)用作纤维时称锦纶6、卡普纶;作塑料时叫尼龙6。聚酰胺粉(尼龙6)于1938年研制成功,1943年锦纶6开始工业化生产。

聚酰胺粉(尼龙6)主要用于制纤维,其中以长丝、弹力丝和鬃丝为主,短纤维仅占一小部分。长丝主要用于制针织和丝绸产品,如锦纶袜、透明纱巾、花边、内衣、外用衣料及锦缎被面等。短纤维与羊毛、其他化纤混纺成毛型产品,如粘锦华达呢、粘锦凡立丁、粘腈锦花呢、粘锦毛三合一华达呢等。其他用途如制轮胎帘子线、工业用布、传送带以及渔网、登山服、登山索、毛毯、降落伞、网袋、牙刷等。聚酰胺粉(尼龙6)也大量用作工程塑料,制造各种机械零部件,且可通过直接在模具中聚合的方法制造大型尼龙制件,以满足汽车、造船、机械工业的需要。

制备[2]

工业生产方法有两种,即间歇法和连续法。

方法一:间歇法

①熔融加己内酰胺量的5%~10%的蒸馏水,通蒸气使其熔融,加入添加剂。②聚合熔融的己内酰胺经过滤后入高压釜,加热至250~260℃,釜内蒸气达到一定压力逐步放气,待3~5h生成聚合体后降至常压。反应完毕后向釜内通N2,达一定压力,然后经底部料口放料,即得聚己内酰胺。③出料及破碎用压缩空气将熔融聚合体从釜下部阀门呈窄带状压出,并立即浸入水槽中冷凝成带,再入切片机切成片。切片用100℃蒸馏水洗涤几次,使低分子杂质降至1%~1.5%,然后送至离心机和真空干燥筒中干燥,使水分含量至0.07%为止。

方法二:连续法

在连续操作管中进行,工艺过程与间歇法相同。所不同的是熔化的己内酰胺和催化剂等,用配料泵从两个计量槽中不断打入连续操作管中,物料自上而下缓慢地移动逐渐聚合,从连续聚合管底部流出的熔融物用泵抽出,经狭窄的挤带模,压成带,在冷却槽中用水冷却。

改性[3]

聚酰胺粉(尼龙6)的增韧工作自20世纪70年代以来一直是尼龙改性的重要课题,美国、西欧、日本先后开发了各种牌号的高抗冲尼龙6合金。聚酰胺粉(尼龙6)是比较容易形成合金的树脂,合适的相容剂是形成韧性尼龙的关键。高韧尼龙6合金的获得主要有以下三种途径:一是通过与聚烯烃及弹性体共混;二是掺混高韧性工程塑料;三是无机粒子增韧。

1.聚烯烃、弹性体增韧

聚酰胺粉(尼龙6)与非极性或弱极性的聚烯烃、弹性体共混可以改善韧性。但聚酰胺粉(尼龙6)带有强极性的酰胺基团,与聚烯烃、弹性体的相容性差,导致合金的韧性下降。解决相容性的方法有两种:一种方法是聚酰胺粉(尼龙6)中加入单体熔融接枝聚烯烃或弹性体,单体一般为带羧基官能团的马来酸酐(MAH)、甲基丙烯酸缩水甘油醇(GMA);另一种是加入一种能同聚烯烃或弹性体相容的、带有活性基团(如环氧基)的第三组分,反应基团可以和聚酰胺粉(尼龙6)分子末端的胺基实现反应性相容。

2.高韧性工程塑料增韧

聚酰胺粉(尼龙6)掺混高韧性工程塑料,不仅可提高材料的韧性,还可以改善其综合性能。此类合金主要有尼龙6/ABS、尼龙6/PC、尼龙6/PPO等,广泛应用于汽车、电子等领域。

3.无机粒子增韧

无机粒子对聚酰胺粉(尼龙6)的增韧效果可能不如弹性体增韧效果好,但是在改善聚酰胺粉(尼龙6)的韧性同时可以改善聚酰胺粉(尼龙6)的其它力学性能。无机粒子增韧聚酰胺粉(尼龙6)必须具备以下条件:(1)无机粒子应与聚酰胺粉(尼龙6)界面粘合性良好;(2)超细无机粒子应分散良好;(3)粒子分散浓度和粒径应恰当,不能过大也不能过小。

研究表明:表面改性和界面改性剂的使用使高岭土与聚酰胺粉(尼龙6)基体之间形成了具有良好界面粘合的柔性界面层,从而制得了高韧性、高强度、高模量的高岭土/尼龙6填充复合材料。用新型填料玻璃微珠填充聚酰胺粉(尼龙6),发现可使材料的拉伸强度、冲击强度和硬度提高,当填充量达到15%时,其冲击强度达到值,玻璃微珠还可改善聚酰胺粉(尼龙6)的热稳定性。以绢云母填充聚酰胺粉(尼龙6),填充量40%时缺口冲击强度仍高于纯聚酰胺粉(尼龙6),热变形温度比纯聚酰胺粉(尼龙6)高91℃,弯曲和拉伸强度随绢云母含量增加而上升,成型收缩率逐渐缩小。尼龙纳米复合材料发展看好,材料具有很高强度、韧性及阻透性能,有优良的热稳定性和尺寸稳定性,加工性优良,对设备磨损小,生产效率高,可广泛地应用于航空、汽车、家电、电子及包装器材等行业。纳米复合材料可通过改性纳米蒙脱土作为填料在己内酰胺单体中反应获得,也可以通过改性蒙脱土与聚酰胺粉(尼龙6)机械共混制得。蒙脱土比其它无机填料的填充量小得多,一般加入量小于5%。

应用[3]

聚酰胺粉(尼龙6)是尼龙系列中产量、用量最多、用途最广的品种之一。1999~2005年间交通领域和电子电器对尼龙6需求将有较大的增长,消费量将从1999年的770kt增至2005年的1033kt,这两项的需求量占聚酰胺粉(尼龙6)需求总量的40%以上。

交通领域的汽车行业是聚酰胺粉(尼龙6)最重要的应用领域。韧性聚酰胺粉(尼龙6)主要用作油管夹、卡扣、车门、前后盖板、把手、门锁、安全带固定铰链、仪表板、冷却风扇、挡泥板、遮光板夹具、集尘器盖等。尼龙6/ABS合金有卓越的抗冲、刚性、耐热和耐化学药品性以及良好的加工流动性,为制造外观质量高的大型制品提供了保证,是制造汽车车身壳板等汽车部件的理想材料。

主要参考资料

[1]科学技术社会辞典·化学

[2]中国中学教学百科全书·化学卷

[3]郑现国,李馥梅,余卫勋.高韧性尼龙6的研究与应用[J].中国塑料,2002(09):19-23.

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