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尼龙合金的设计

发布日期:2013-12-09 来自:全球塑胶网

尼龙合金的性能与组成,与共混体的形态结构有着密切的关系。因此,尼龙合金的设计包括共混改性组分的选择、相容化设计、合金结构的设计与性能预测。

    (1)改性组分的选择  根据性能要求,选择合适的组分是制造具有理想性能的合金的基本条件。改性组分选择的原则如下。

    ①具有针对性。预先评价改性组分的加入,能否改善尼龙的某一性能,以及改进的程度有多大。一般来讲,首先是从各种聚合物性能分析人手,找出所需要的聚合物,作为选择对象。如需提高尼龙的耐热性.可以使用具有耐热性的PPTA、PA46等作改性组分。

    ②符合相容性原则。选择改性组分时,应注意该聚合物与尼龙的相容性。相容性不好的聚合物共混无法得到有实用价值的共混合金。

    ③共混组分黏度比原则。改性组分的黏度以及加工流动性能不同将得到性能差异较大的共混合金。业已证明,两组分黏度不同共混物的结构形态亦有所不同,如在制造阻隔性尼龙/PE合金时,就是依据这一原理.将高黏度的尼龙与低黏度的PE共混形成层状结构的共混体。这种具有层状结构的共混体具有良好的阻隔性能。

    ④性能/价格比原则。在众多的聚合物中,对于某一方面的性能要求,具有多种选择,在工业上,并不是性能越高就好,产品性能越高也意味着其价格的昂贵。一般,只要满足用户需要,尽可能选择价格低、来源广的品种。

    (2)相容剂的设计  在尼龙合金的制造中,相容剂结构对于改性组分与尼龙之间的相容性至关重要,也是获得具有实用价值、性能优良的合金的关键因素。因此,相容剂的设计与制造是高分子合金制造的核心。

    用于尼龙合金的相容剂,其大分子链中必须含有能与尼龙大分子链中一NH。发生化学反应的基团。这种相容剂与掺混组分具有结构相似,相容性很好,大分子中的极性官能团与尼龙中的一NH:反应形成稳定的化学结合,显著地增强了尼龙与掺混组分之间的相容性。这类相容剂一般为聚合物与带有极性基团的低分子化合物进行接枝共聚所得到的具有反应性的接枝共聚物。此外,也有极性单体共聚形成的共聚物。

根据反应性官能团的结构特征,反应性聚合物大致可分为马来酸酐型、羧酸及其衍生物型、胺基型、羟基型、杂环型以及离聚物型六大类,比较重要的是前两者反应型聚合物。

    ①马来酸酐型相容剂。由于马来酸酐具有很高的活性,能与很多聚合物发生接枝反应,因此,工业上普遍采用酸酐型接枝共聚物作相容剂。其品种很多如PE—g—MAH、PP—g—MAH、EPR—g—MAH、EPDM—g—MAH、SEBS—g—MAH、SMAH(苯乙烯一马来酸酐共聚物)等,这类共聚物是作PP、PE、弹性体、PS等聚合物与合金的良好的相容剂。

    众所周知.PP为非极性高分子,与PA不具有热力学相容性,两者简单共混时,易产生分层现象,共混合金的冲击强度很低。采用PP—g—MAH作相容剂,能有效地改善PP和PA的相容性。作者研究PP PA6/PP g MAH体系时发现.PP譬一MAH用量为5%~10%时增容效果较好,三者的配比为l 5/75/lO时,合金的弯曲强度达79MPa.拉伸强度达57MPa,缺口冲击强度达13kJ/m2,表面光泽性好。而不加PP-g—MAH时,即PP/PA6为25/75时,带条表面不光滑,有时产生不稳定流动,共混物缺口冲击强度小于5Kj/m2

    ②羧酸型相容剂。含官能团的相容剂大多数是以丙烯酸(AA)或甲基丙烯酸(MAA)为共聚单体,与其他聚合物共聚形成的接枝共聚物。这类共聚物与PA共混时,官能团问发生酰胺化、酰亚胺化等反应,使共混合金的冲击强度、拉伸强度等显著提高.表现出明显的增容效果。采用PS—g~AA增容PS PA66体系,用SEM观察表明,分散相粒子尺寸较PS/PP66体系明显变小,力学性能显著提高。

    丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸(MAA)与PP、PE、EPDM等均能进行共聚,如StevenC等对PP/PA66体系分别使用PP—g—MAH、PP-g—AA增容,发现PP—g AA的增容效果更为显著。

③甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)型相容剂。GMA接枝的各种聚合物作为一类新型的增容剂越来越多地被用于聚合物合金的反应性增容。这类环氧基接枝共聚物具有很高的反应活性。在研究PS_co—GMA在PAl010/ABS合金中的增容作用时,发现加入j%的Ps—co—GMA时,共混物的拉伸强度、模量与断裂伸长率分别出现峰值,共混物具有很高的力学性能。PS—CO—GMA同时也可用作PS/PA6,PA66体系。

作为尼龙合金用相容剂,其结构特征是分子中需含有极性基团。极性基团的数量的多少,直接反映其相容化作用的大小。相容剂分子中极性基团的种类不同与尼龙大分子的极性基团反应的程度与速率亦不相同。对于不同的尼龙,大分子链中所含的端基极性不同,也会影响相容剂与尼龙大分子之间的反应性.同时.与尼龙共混的聚合物的结构与极性也会影响相容剂的反应性。因此,对于尼龙合金相容剂的结构设计与选择应注意以下几方面的问题。

    ①对于非极性聚合物与尼龙的共混合金,其相容剂的结构特征应是具有与尼龙大分子链中的端基发生反应的极性基团,同时,与非极性聚合物有很好的互容性。如接枝共聚物。

②对于极性聚合物与尼龙的共混合金,宜选择单体共聚物作相容剂。这种相容剂既与共混组分有一定的相容性又能与共混组分发生化学反应。

    ③相容剂的相对分子质量应适当小于共混组分的相对分子质量.以有利于在熔融共混过程中易于流动与分散。

    ④相容剂的极性基团含量大,有利于增加与共混组分的反应概率,提高其相容化作用。