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用共混改性法降低尼龙吸水性!优点明显

来源:环球app下载 作者:环球app下载安装

2024-03-04 07:46:04

  聚酰胺树脂材料具备优异的机械性能、耐磨性与自润滑性,易加工成型,大范围的应用于汽车、航空、机械、仪表等领域。但聚酰胺树脂分子中含有强极性的酰胺键(-NHCO-),易与环境中的水分子形成氢键,导致大部分的聚酰胺树脂在使用的过程中易吸收空气中的水分。

  聚酰胺树脂的吸水性使得材料在应用过程中会出现诸多问题,包括产品吸水后会膨胀,尺寸会变形;弯曲强度和拉伸强度等力学性能随着吸水率的增大而降低,极度影响制品的使用安全性和常规使用的寿命等。因此,为促进聚酰胺树脂材料的相关制品向着高性能、高质量的方向发展,降低其吸水性显得很重要和迫切。

  目前,降低聚酰胺树脂吸水性的方法主要有2大类。一类是将聚酰胺树脂与无机填料或疏水性树脂进行物理共混改性。该方法利用无机填料的增强效应和物理阻隔效应,以及填料与聚酰胺树脂分子形成的氢键来降低水分的吸附中心密度,疏水性共混树脂的引入则提高了材料整体的疏水性。

  另一类是通过分子结构的设计来进行本体改性,以降低聚酰胺树脂分子的吸水倾向,如降低材料中酰胺键的比例,或在分子主链或侧链引入具有疏水性的结构单元等。

  除了共混改性法与本体改性法,也有一些研究采用辐照交联的方法来提高聚酰胺树脂材料的交联密度,进而提高材料的机械性能及耐水性;也可以在聚酰胺树脂材料表面涂覆疏水性涂层,以阻断材料与空气中水分的接触。

  一般选用具有层状微观结构、层间距为1~20nm、平面取向排布的层状硅酸盐无机填料进行改性。这种层状结构拥有非常良好的物理阻隔效应,当水分子在层状通道中扩散时,必须要绕过片层,从而增加了水分子扩散的路径和时间。常用的层状硅酸盐无机填料有蒙脱土、凹凸棒土等。

  将聚酰胺树脂与改性蒙脱土(MMT)进行共混改性研究发现,MMT及其改性物的加入大大降低了聚酰胺树脂的吸水性,提高了材料吸水前后力学性能的稳定性。硬脂酸钙拥有非常良好的疏水性,因此与MMT/聚酰胺树脂复合材料相比,硬酯酸钙改性 MMT/聚酰胺树脂复合材料有着更低的吸水率及更好的力学稳定性。

  采用熔融共混法制备聚酰胺树脂与凹凸棒土(AT)的复合材料,能大大降低聚酰胺树脂的吸水率,这主要源于AT独特的层状结构。

  常用的增强纤维有玻璃纤维、碳纤维、硅酸铝陶瓷纤维等。在有机高分子材料中加入纤维后,材料的力学性能、耐热性、尺寸稳定性、耐水性、耐老化性等都有明显的改善。

  例如连续玻纤增强的聚酰胺树脂复合材料的吸水率,约为长玻纤增强聚酰胺树脂复合材料的50%。而力学性能保持率≥80%,长玻纤增强聚酰胺树脂保持率≤70%。这是因为连续玻纤的力学性能远大于聚酰胺树脂材料,因此聚酰胺树脂在吸水后力学性能的变化,对复合材料的整体影响较小。

  此外,10份SAN和0.6份PFS的添加量,可使复合材料拥有非常良好的抗吸水性及力学性能。SAN拥有非常良好的防水性能,PFS可以与SAN的腈基发生化学反应,PFS则与玻纤及聚酰胺树脂拥有非常良好的相容性,因此配方中的各组分间拥有非常良好的界面相容性及协同效应。

  聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)是拥有非常良好疏水性的聚烯烃材料,将其与聚酰胺树脂进行共混改性可以轻松又有效改善聚酰胺树脂吸水性大的缺陷。但聚烯烃与聚酰胺树脂材料的溶解度参数相差较大,导致材料间的相容性差,使得改性后材料的力学性能不足。针对相容性问题,目前多通过加入马来酸酐接枝共聚物相容剂来解决。

  POE-g-MA中马来酸酐的羧基和羰基具有强极性,能与聚酰胺树脂中的酰胺基团形成氢键,从而阻止酰胺基团与水形成氢键。另外,POE链段为疏水性聚烯烃弹性体,从而屏蔽了聚酰胺树脂中的酰胺基团与水形成氢键。

  聚丙烯(PP)改性聚酰胺树脂复合材料,大大降低了聚酰胺树脂的吸水性,并在配方中添加聚丙烯接枝马来酸酐共聚物(PP-g-MA),提高聚丙烯与聚酰胺树脂的相容性。添加聚羟基丁酸酯(PHB)作为PP的分散剂,可进一步提升PP在复合材料中的添加量及相容性。

  将高密度聚乙烯(HDPE)与聚酰胺树脂进行共混改性,提高了聚酰胺树脂的抗吸水性能,在配方中使用HDPE-g-MA作为相容剂更为适合。

  也有一些研究选择了其他具有优良抗吸水性的有机高分子材料如聚醚醚酮、酚醛树脂、聚间苯二甲酰己二胺等,来降低聚酰胺树脂的吸水性。

  例如将酚醛树脂和聚酰胺树脂共混,制备了具有介电性能的疏水型复合材料。改性后的复合材料拥有非常良好的耐热性,热分解温度可达到 400℃,共混物为疏水性,且疏水性随着酚醛树脂含量的增加而增加。

  同样可以制备聚间苯二甲酰己二胺改性聚酰胺树脂复合材料。聚酰胺树脂的吸水率之所以大,是因为水分子易进入其无定型非晶区,并与酰胺键发生反应。加入聚间苯二甲酰己二胺后,聚间苯二甲酰己二胺占据了聚酰胺树脂的无定型区,聚间苯二甲酰己二胺的苯环对水分子起到了位阻效应,从而阻碍了水分子的进入。

  利用选择性激光烧结(SLS)3D打印技术,将聚酰胺树脂与聚醚醚酮共混成型,并采取了适当的后处理工艺,对成型样品进行热处理。共混物的热性能、机械性能和抗吸水性能等,均优于纯聚酰胺树脂样品。

  从以上的研究不难发现,共混改性法通过在聚酰胺树脂材料中添加改性物质来降低材料的吸水性。在改性不一样的种类的聚酰胺树脂材料时,改性物质及改性工艺具有一定的参照性。因此,共混改性法具有成本低、操作简单便捷、适用性广等优势。

  但不同物质间的界面相容性问题不容忽视。界面相容性差会导致材料的力学性能和致密性下降、表面上的质量差等一系列缺陷。目前,常采用相容剂或表面处理剂来改善这一问题,但力学性能直线下降仍是一个普遍性的问题,因此,研发更好的改善界面相容性的办法,是共混改性法的必然发展趋势。

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