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PA6无机纳米复合材料的研究进展
来源: 时间:2022-12-26

“纳米”这一概念的提出,引发了人类新的认知革命。当前,在众多的领域中均广泛使用纳米技术。而作为纳米科技基础的纳米材料,尤其是复合材料的综合性能优良,加之其性能的可设计性,使之成为国内外最热门的研究领域之一。

PA无卤阻燃

基于聚酰胺-6(PA6)产生的聚合物纳米复合材料,为塑料这一大家所熟知的传统材料提出了全新的概念。PA6无机纳米复合材料将无机材料与PA6结合,性能得到优化和互补,是PA6纳米塑料的主要发展方向之一。纳米粒子完全扩散在复合材料中,树脂和层状硅酸盐间形成较强氢键,材料的力学性能得到很大改善。PA6由于自身的刚度和强度成为一种最广泛使用的工程聚合物。

通过对研究PA6的文献进行梳理,进一步明确PA6纳米复合材料的类型和制备方法,对PA6纳米复合材料的力学性能、阻燃性能、结晶度及热稳定性等性能的改善进行总结,以期待为后面PA6复合材料方面的研究提供更为完整的参考依据。

1.原位聚合法

原位聚合法是一种制备高分子纳米复合材料的高效的方法,是把反应单体与催化剂加入分散相或连续相,之后直接原位聚合的方法。应用这种方法制备PA6/粘土混杂材料,要追溯到1987年,随后,更多性能优良PA6/无机纳米复合材料的出现,皆是采用原位聚合法。

李忠通过双螺杆熔融挤出法研制了PA6/SiO2/木粉杂化纳米复合材料。PA6α晶型可通过SiO2/木粉杂化材料转变为γ晶型,杂化材料量为25wt%时,新复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别达到59.7MPa87.9MPa,较纯PA6分别提高了23.3%59.8%。罗立善等设计正交实验研究了双螺杆挤出工艺中挤出温度、螺杆的转速和产量等参数对PA6/PA66复合材料性能的影响。研究表明,在挤出温度265℃、螺杆转速520r/min、产量520kg/h时,制得的复合材料性能最好,其弯曲强度和拉伸强度可达221MPa156.8MPa。杨小燕等用研制了蒙脱石/PA6复合材料,此新材料的力学性能均随着蒙脱石加入而明显提高,且最合适的蒙脱石加入量为4%

PA6复合材料的阻燃性也是其重要性能之一,提高其阻燃性可以大大扩展应用范围。采用同样的方法,何颖等将材料经双螺杆挤出之后,经冷却、造粒,制备了LGF/PA6复合材料。然后协同Sb2O3BPS混合,制得由卤素阻燃长玻璃纤维增强的新型复合材料BPS/LGF/PA6。对其性能研究表明BPSSb2O3可以提高复合材料的阻燃性。当增强基含量16wt%时,复合材料阻燃等级可达FV0级。段学召等将PA6PP、阻燃剂和蒙脱土熔融共混,制得PP/PA6复合材料。材料的阻燃性能及力学性能均随蒙脱土的增加而提高,当蒙脱土加入量为·时,材料综合性能最好。

2.熔融插层法

许多种无机粒子可以被均匀分散到 PA6 基体中,更加容易剥离和插层,故熔融法插层法也常被应用于制备 PA6 纳米复合材料。近些年有关LDHs /PA6 纳米复合材料的报道较多。

Mallick 等有报道表明纳米粘土和马来酸酐接枝聚乙烯对尼龙 6 /高密度聚乙烯(HDPE) 共混体系的形态特性具有协同效应。在共混物中,纳米粘土的加入提高了尼龙 6 纳米复合材料的总体性能,特别是在接口。同时,改进了在各相之间的界面粘合。Wang 等使用四种类型的复合序列制备有机膨润土填充尼龙/聚丙烯 /马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP) 材料。因为它有最好的有机粘土的分散体,PA6 /有机粘土母粒法产生最小平均域,PA6 MAPP 的接枝达最大量,有机粘土被定位在界面处,水滴被有效地稳定,防止液滴聚结。

干摩擦时摩擦系数高是限制 PA6 应用的一大缺点,然而对其摩擦行为的研究较少,改善其摩擦性能也是扩展 PA6 应用范围的重要途径。谢莹等对 GF /PA6 复合材料的力学性能及摩擦性能进行了研究,表明熔融共混方法制备的玻璃纤维GF 含量为 15% 时,GF 的增强效果最好,比纯 PA6冲击强度提高 5 倍,摩擦系数降低了 43% ,磨损量减少 33% 。而 PA6 通过被 UHMWPE 改性,再加入纳米 SiO2,可有效增加 PA6 的结晶度,提高复合材料的耐磨性,摩擦系数可降低至0.312,磨损率时0.4×10-6 mm3 /( N.m)

3.其他方法

原位聚合和熔融插层是制备 PA6 复合材料使用较多的方法,除此之外,还有一些方法被研究者采用,制备出性能优良的纳米复合材料。

溶胶 - 凝胶法是一种理想的制备纳米材料的方法,具备以下优点: ( 1) 组分容易控制和优化设计,能较容易地制备纳米级粒子,甚至可制备达到分子级水平的粒子。( 2) 对反应条件的要求不高,常温常压下即可完成,且易于操作和控制,而且可以把大多数活性分子引入体系中,仍可保持其原有的物理化学性质。( 3) 材料的机械性能好。赵才贤等则结合传统的溶胶 - 凝胶法与原位聚合法,利用改进后的新原位溶胶 - 凝胶法成功研制了 PA6 /SiO2 纳米复合材料。与其他方法相比较,该新方法合成的材料中 PA6 SiO2 的分子链作用被增强,纳米粒子分布更均匀,材料中缺陷更少,储能模量明显提高,动态力学性能优良。

结论

开发 PA6 无机纳米复合材料是 PA6 纳米塑料的一个重要发展方向,扩展和改善 PA6 共混物的特性,可以很大程度的扩展其使用途径,提高其功能化和高性能化。PA6 共混纳米复合物的特性受各种因素的影响,如成分、形态、界面相互作用、纳米填料、加工工艺等。通过 PA6 共混物和纳米填料的结合产生的优于性能应用于各种材料的制备。

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