尼龙6物理改性技术研究进展

孙彩虹，毕静利，张艳君，孙 丽

(1.鲁西化工集团股份有限公司，山东 聊城 252000；2.聊城市国土资源局，山东 聊城 252000)

尼龙6(PA6)由己内酰胺通过水解聚合，或阴离子聚合，或固相聚合而得，是聚酰胺中产量最大的品种之一。起初，由于PA6吸水性强、尺寸不稳定性等，主要用于合成纤维，到90年代通过改性使PA6在汽车、电子电器、机械等领域得到了发展。为改善PA6本身的缺陷，扩大其在汽车、电子电器和机械领域的应用，国内外研究者对PA6进行了大量的研究和开发，尤其是集高刚性、高强度和高韧性于一体的增强增韧改性材料，更是研究的热点。研究的主要方法包括化学改性和物理改性，其中增强、填充、阻燃、纳米复合、共混合金等方法以其投资小、见效快、生产周期短等特点得到广泛应用。

1 增强改性

1.1 玻璃纤维(GF)增强改性

增强改性是采用纤维增强材料(玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等)对PA6进行增强，是尼龙6主要的改性方向。PA6经增强后刚性增大，尺寸稳定性提高。纤维增强材料最常用的为玻纤。杨旭宇等人[1]采用硅烷偶联剂KH550处理玻璃纤维制备了PA6/GF材料。结果表明 GF经偶联剂处理后PA6/GF的拉伸强度和缺口冲击强度增大，有效地改善了GF与PA6间的界面结合。徐奔、徐文权等人[2]开发了一种50%～60%高玻璃纤维增强的PA6材料，材料着色好、表面光洁，具有非常突出的耐热形变性能及优异的力学性能，超过了有色金属。陈春华、李永华等人[3]为解决长纤维增强尼龙材料制备过程中尼龙熔体局部易变黄、氧化分解、断纤等问题，开发了熔融浸渍法制备玻纤增强尼龙的新技术。

1.2 碳纤维增强改性

碳纤维改性PA6因其具有优良的力学性能、耐热性等，在汽车、机械、体育、航空航天等领域得到了较多的应用。碳纤维增强PA6复合材料多采用短纤维、短切纤维及长纤维等散纤维作为增强体形式，而纺织碳纤维增强体系因成型加工难在应用上受到了限制。李春华等人[4]将碳纤维经表面处理后制备了碳纤维/PA6复合材料，其拉伸强度提高了33%。全球领先的碳素相关产品制造商西格里集团(SGLGroup)联合巴斯夫公司于2012年10月开展碳纤维/PA6创新型复合材料系统研究，于2015年3月成功研制出多功能性复合材料。该复合材料具有高硬度、高冲击性及可焊接等优异功能。巴斯夫与汽车OEM制造厂商密切合作，合力开发坚固耐用的碳纤维/PA6复合材料机械零部件，实现轻型结构部件在汽车等行业的便捷生产。

2 增韧改性

通过与热塑性弹性体共混，可明显提高PA6低温性能。PA6与含有烃基的烯烃弹性体或弹性体的接枝共聚物等可制得超韧性PA6材料。马丽风、魏馨丰等人[5]采用聚丙烯(PP)、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐(EPDM-g-MAH)、酚醛树脂(PF)制备TPV-g-MAH，将PA6与TPV-g-MAH共混制备高韧性合金，综合性能得到很大提高。朱怀才、王忠强等人[6]以高密度聚乙烯接枝马来酸酐(HDPE-g-MAH)为相容剂，制备高韧性PA6，改性后PA6的性能优异，尤其是冲击强度较高。陈常明、陈凯等人[7]将PA6和弹性体氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或氢化苯乙烯- 异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)与其他助剂共混制备出具有良好柔韧性的弹性体材料。

3 阻燃改性

汽车、电子电器、机械仪表、家用电器、办公室和通讯设备等领域对尼龙阻燃的要求越来越高。随着环保压力的增大，无卤阻燃剂得到了更多应用和研究。王超、李迎春等人[8]合成出新型单组份磷-氮膨胀型阻燃剂，以有机蒙脱土(OMMT)为填充物，制备出阻燃型CTOB/OMMT/PA6复合材料，经研究表明，CTOB和OMMT在PA6中表现出良好的协同阻燃效果。李明猛、陈英红等人[9]采用热聚合的方法制备了氮磷无卤阻燃剂MPP，成功解决了PA6/GF燃烧时的“烛芯效应”问题。张现军、田晋丽等人[10]基于填充PA6存在非环保阻燃、阻燃等级低、GWFI 测试不稳定等问题，研究了一种具备GWFI 测试稳定、环保阻燃等特性的聚酰胺组合物，在低压电子电器领域具备良好的应用前景。

4 共混改性

随着我国工业的发展，对工程塑料的性能和功能要求越来越高，开发耐高温、高硬度、高韧性等的高性能的PA6合金已成为近期开发的重点。当前研究较多的主要有PA6/PA66、PA6/ABS、PA6/PPO、PA6/PC等共混合金。

4.1 PA6与PA66共混

PA6和PA66化学结构相近，相容性好，生成的共混物兼有两种尼龙的特点，可以平衡各种尼龙的特性。BASF公司采用无卤阻燃体系生产的阻燃PA6/PA66共聚物KR4209有很好的抗冲击性能，在-40℃下冲击强度超过267J/m，成型周期短，并容易脱模。上海金发科技发展有限公司张永、周华龙等人[11]分别将PA66、PA6 以不同比例共混，得到不同类型的尼龙粒料。采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR) 与差示扫描量热(DSC) 法研究了PA66、PA6 及其不同比例共混物的熔融与结晶行为。结果表明，当两者共混时，PA6 质量分数超过40% 时共混物开始出现PA6 的熔融峰与结晶峰。

4.2 PA6与ABS共混

通过与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混，改善了PA6的易吸湿性、尺寸不稳定性等缺点。意大利 SPA公司开发的PA6/ABS合金，含15%玻纤增强，可用来制作汽车齿轮且可涂刷，与增强尼龙相比，其制品的尺寸稳定性、表面涂饰性都有所改善。陈光伟、张强等人[12]通过双螺杆挤出制备了中黏度(2.4～2.7 Pa·s)的PA6与聚丁烯(PB)质量分数达到16%的ABS的合金，研究表明，制备PA6/ABS合金具有优异的力学性能。

4.3 PA6与PPO共混

聚苯醚(PP0)是一种耐热性、韧性好的非结晶性工程塑料，但加工温度较高，限制其应用。PA6/PPO具有热变形温度高、力学性能好、刚韧兼备可喷涂等特点，已成为改性PA6的一个重要发展方向。李细珍、巫晓鑫等人[13]以一定的比例同时添加乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(8900)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(1125)、马来酸酐接枝聚苯醚(PPO-g-MAH)等三种相容剂制备PA6/PPO共混合金，探讨了不同量聚苯醚和相容剂对合金力学性能、耐热性能、加工性能和吸水性能的影响。武德珍、战佳宇等人[14]以马来酸酐化的三元乙丙橡胶(EPDM-g-MAH)为增溶剂，与聚苯醚(PPO)、PA6共混，制备了PPO/PA6/EPDM三元共混合金，改性后材料相容性好，大大提高共混合金的韧性。

4.4 PA6与PC共混

PA6与聚碳酸酯(PC)合金化，既可保持原有PA6和PC的优良性能，又改进各自聚合物性能的不足。PA6和PC共混物是热力学不相容体系，如何改善PA6和PC共混物界面情况，控制相形态，提高共混物力学性能是近年来的研究热点。华东理工大学陈军、吴唯等人[15]在聚烯烃弹性体(POE)增韧PA6/PC合金的基础上添加六亚甲基-1，6-二异氰酸酯(HDI)制备合金，形成了更复杂的多重网络结构，提高了PA6与PC的相容性，使合金成为一种超韧性材料。四川大学傅强、张琴等人[16]以国产PC、PA6和各种改性剂为原料制备PC/PA6共混合金，合金韧性提高，达到日本专利产品MB5000 的性能指标。香港大学的S.C. Tjong,Y.Z. Meng的等人[17]以环氧树脂为增容剂制备PC/PA6合金，研究其相容性和力学性能。日本材料化学国家研究所S. Horiuchi, N. Matchariyakult等人[18]以SEBS-g-MA为增容剂制备PA6/PC合金，其两相相界面相容性较好，并保持了较好力学性能。

5 结语

随着我国工业的发展，对工程塑料的性能和功能要求越来越高，开发耐高温、高硬度、高韧性、可电镀、或具有抗菌、阻燃功能等的高性能、多功能的PA6合金已成为当前开发的重点。国内外学者通过对PA6改性进行大量的研究，开发出了许多综合性能优良、加工性能好的产品。目前应加大新增容剂和新的增容技术开发，进一步完善工艺，提高合金的性能。同时随着新材料、新工艺和新设备(如反应挤出机等)在PA6合金中的应用，PA6改性技术的开发必将跃上一个新的台阶。

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