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填充与共混,聚酰胺(PA)改性方法知多少?

  • 作者:大连高科塑胶材料有限公司
  • 发布日期:2021-10-02
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                                                                  填充与共混,聚酰胺(PA)改性方法知多少?

聚酰胺(Polyamide)俗称尼龙,简称PA,是一种强极性、分子间易形成氢键、在特定条件下拥有反应活性的结晶聚合物,拥有优良的力学性能, 耐磨、耐油、自润滑,具有较好的成型加工性和耐腐蚀性能。但由于PA强极性的特点,使得其吸水率大,从而影响了PA的电性能和尺寸稳定性,另外,PA的耐热性能和低温冲击强度也有待提高。



PA 的反应活性使其便于改性,可采用纤维增强、无机物填充与其它聚合物或不同品种聚酰胺共混的方法来制备复合材料或合金。





聚酰胺填充改性


PA 填充改性是以聚酰胺树脂作为基料,通过添加纤维、天然或合成的填料来进行改性,通常可分为纤维增强、天然矿物增强和合成填料填充3个方面:

(1)纤维增强是使用玻璃纤维、碳纤维及石棉纤维等。

(2)天然矿物增强是使用硫酸钙、碳酸钙、高岭土、滑石、沸石等。

(3)合成填料填充是使用二硫化钼、石墨、硅树脂粉、聚四氟乙烯等。


同时使用纤维和填料增强尼龙,往往可获得更优异的具有综合性能的均衡产品。


尼龙树脂因填料而引起的补强效果,取决于填料的粒径、形状、长径比和表面处理剂,常见的填料种类如无机天然矿物、工业废渣、植物纤维等,不仅可降低成本,提高复合材料的物理机械性能,但同时也降低了复合材料的冲击性、拉伸强度、表面光泽度和加工流动性等。


填充剂性质对树脂性能的影响


(1)颗粒的形状

纤维状、柱状、薄片等纵横面较大的填充剂使得加工性能变差,但有利于提高PA的力学性能;无定形球状、粉状虽可提高加工性能,但会降低其力学性能。


(2)颗粒大小

填料粒径的最佳范围为0.1~10 mm。粒径小,有利于产品的力学性能、尺寸稳定性、表面光泽和手感,但粒径过小时,将难以分散。

在实际生产中,填料的粒径应根据塑料的种类和加工设备的分散能力等进行选择。


(3)颗粒表面积

填料的许多功能与其表面积有关。通常,填料的表面积增大,有利于表面活性剂、分散剂、表面改性剂和极性聚合物的吸附或填料表面的化学反应的发生。


(4)填料对设备的磨损

填料会加速设备磨损,同时也使熔体粘度提高,因此,在配方中应适当增加润滑剂和稳定剂的剂量。


PA66的填充改性及应用


聚酰胺PA66(聚己二酰己二胺),俗称尼龙双六,与PA6类似,都是在大分子主链的重复单元中含有酰胺基团的聚合物。聚酰胺PA66是五大工程塑料中产量最大、品种最多、应用最广的品种。


聚酰胺PA66材料具有优异的着色能力,能实现配色的各种要求。PA66的收缩率在1%~2%,添加玻璃纤维添加剂,可以将其收缩率降低至0.2%~1%。收缩率在流动方向和垂直于流动方向的方向上有很大的不同。


PA66对许多溶剂具有抗溶性,但对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱。PA66的阻燃性能优异,通过添加不同阻燃剂,可以达到不同级别的阻燃效果。




PA66添加不同比例的填充剂产品及其特性





改性后的PA66广泛应用于机械、仪器仪表、汽车部件、电子电气、铁路、家电、通讯、纺机、体育休闲用品、油管、油箱及一些精密工程制品方面,主要包括汽车、电子电器、消费品及工业3个领域。

(1)汽车领域主要包括散热风扇、门把、油箱盖、进气隔栅、水箱护盖、灯座等。

(2)电子电器领域主要包括连接器、卷线轴、计时器、护盖断路器、开关壳座等。

(3)消费品及工业领域主要包括自行车车框、 冰鞋底座、纺织梭、踏板、滑轮、轴承,风扇叶片等。




PA6的填充改性及应用


聚酰胺PA6(聚己内酰胺)俗称尼龙单六,材料为半透明或不透明结晶性聚合物,密度在1.12~1.14kg/m3,具有热塑性强、重量轻、韧性好、耐化学性和耐久性好的特点,同时还具有以下特点。

(1)机械强度高,韧性好,抗拉和抗压强度高。

(2)耐疲劳性能优异,制件经多次反复屈折仍能保持原有机械强度。

(3)耐腐蚀,十分耐碱和大多数盐液,还耐弱酸、机油、汽油,耐芳烃类化合物和一般溶剂。

(4)表面光滑,摩擦系数小,耐磨。作活动机械构件时有自润滑性,噪声低,在摩擦作用不太高时可不加润滑剂使用。

(5)有自熄性,无毒,无臭,耐候性好,对生物侵蚀呈惰性,有良好的抗菌、抗霉能力。

(6)优良的电气性能。电绝缘性好,尼龙的体积电阻很高,耐击穿电压高,在干燥环境下,可作工频绝缘材料,即使在高湿环境下仍具有较好的电绝缘性。

(7)制件重量轻、易染色、易成型。因有较低的熔融粘度,能快速流动。


PA6添加不同比例的填充剂产品及其特性




改性后的PA6广泛应用于汽车零部件、机械部件、电子电器产品、工程配件等产品方面,主要包括汽车、电子电器、机械工业3个领域。

(1)汽车领域主要包括散热器箱、散热器叶片、水箱护盖、车门把手、进气隔栅等。

(2)电子电器领域主要包括线圈骨架、 电子接插件、电器原件、低压电器壳体、接线端等。

(3)机械工业领域主要包括轴承、圆齿轮、各种滚子、耐油密封垫片、耐油容器、轴承保持架等。




聚酰胺共混改性


采用机械方法,在已经生成的聚合物中加入其它聚合物使其性能发生变化,称之为共混改性。在共混改性中,应注意的是只有形成不完全相容的多相体系,同时又能使2种聚合物达到相互均匀分散时,才能达到预期的改性效果。




PA与通用塑料共混


PA与PE共混可以改善PE对氧、烃等溶剂的阻隔性能,但由于分子结构的差异,PA与PE的相容性较差。


徐曦等人通过紫外辐射将C=O、-COOH-、-OH等极性基团引入PE分子链中,在与PA分子链上酰胺基或端胺基发生化学反应,增强了HDPE与PA的界面相互作用。


PA与PP共混可提高着色性和气密性。在共混改性中,应注意不同聚合物之间的相容性。当共混2种聚合物相容性较差时,通常需要加入与这2种聚合物的相容性都好的第3种组分,第3种组分称为增容剂。


尼龙-6与聚丙烯的相容性极差,仅靠机械力是不可能使其混合均匀的。此时,如果加入少量接枝马来酸酐的聚丙烯,由于马来酸酐与尼龙-6的酰胺基团发生了化学反应,使得尼龙-6与聚丙烯的相容性大大提高。




PA与PPO共混


聚苯醚简称PPO,是一种优良的热塑性工程塑料,具有良好的热力学性能,PPO在-160~190°C可连续工作。另外,PPO还具有优良的物理机械性能和尺寸的稳定性。其缺点是熔体粘度大、流动性差、加工成型困难、能耗过高,所以,限制了PPO的实际应用和推广。


为了提高PPO的性能,拓展其应用领域,有必要对PPO进行改性。共混改性是目前PPO最重要的改性措施。


对于PPO/PS和PPO/HIPS合金,虽然具有较高的抗拉强度、弯曲强度、缺口冲击强度等优良性能,但其热变形的温度较低,耐油性和耐溶剂性较差(如卤化钹)。因此,开发PPO/PA(聚酰胺)、PPO/PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等不相容体系是必然的,而关键是需要提高聚合物之间的相容性。


聚苯醚具有优异的耐热性、力学性能、电气性能、尺寸稳定性和耐水性,但耐油性和耐溶剂性较差;PA具有优异的力学性能、耐油性、耐溶剂性和耐磨性,但其在高载荷下的尺寸稳定性、吸湿性和热变形抗力较差,因此,将这2种树脂共混制成的合金,可以弥补各自的不足,但PA与PPO之间的相容性较差,因此,必须使用增容剂来提高共混体系的性能。




聚酰胺的抗菌共混改性


将尼龙6(PA6)切片与壳聚糖-银/二氧化钛(CA/T)复合抗菌剂按比例混合均匀,用锥形双螺杆挤出机熔融共混,挤出,用冷却水冷却,造粒,干燥,最终得到抗菌改性PA6切片。


抗菌改性PA6切片树脂基体尺寸均匀,分散性好,相容性好,无明显团聚,抗菌改性达到了预期效果。由于复合抗菌剂的掺杂作用,抗菌改性PA6切片的结构更加稳定,初始分解温度提高,热稳定性提高。


采用共混母粒法和粘合法生产的尼龙抗菌纤维具有抗菌谱广、抗菌效果强、抗菌效果持久的特点,其制造工艺简单,可用于常规纺丝设备生产。纤维的物理性能可以满足常规纤维的要求,应用范围广。

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