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尼龙增韧改性的研究进展
王炜杨云峰王海平
(中北大学高分子与生物工程研究所)
 
    摘要:综述了国内外尼龙增韧改性的研究进展,介绍了尼龙增韧机理的研究进展,并从不同方面对尼龙的增韧进行了探讨,例如“壳-核”共聚物增韧尼龙、聚烯烃弹性体增韧尼龙、有机刚性粒子增韧尼龙以及无机非弹性体增韧尼龙。
    关键词:尼龙增韧机理
 
当代高分子材料发展的一个重要方向就是通过对现有聚合物进行物理和化学改性,使其进一步高性能化、结构化和工程化。尼龙作为当今第一大工程塑料,大多数品种为结晶型聚合物,大分子链中含有酰***键,能形成氢键,其具有强韧、耐磨、耐冲击、耐疲劳、耐腐蚀等优异的特性,特别是耐磨性和自润滑性能优良,摩擦系数小,因而尼龙在与其他工程塑料的激烈竞争中稳步迅速增长,年消费量已经超过100万吨,年增长率为8%~10%,广泛应用于汽车家用电器及运动器材等零部件的制造。但是尼龙6存在低温和干态冲击性能差,吸水性大等弱点,使其应用领域受到一定限制,为适应工业发展的需要,近年来通过共混改性,使其向高冲击、低吸水和优化加工等方向发展的研究成为广泛关注的课题。有很多专家学者在尼龙的增韧机理方面做了大量的研究工作,并提出了很多增韧机理,如“壳-核”共聚物增韧尼龙的增韧机理、能量的直接吸收理论、次级转变温度理论、多重银纹理论、剪切屈服理论、银纹-剪切带理论、银纹支化理论、空穴化理论、逾渗理论。因此,本文对这些机理进行了详尽的介绍。
        1、“壳-核”共聚物增韧尼龙
         “壳-核”共聚物增韧尼龙的增韧机理
“壳-核”共聚物是以交联的弹性体为核,由具有较高玻璃化转变温度的聚合物为壳的共聚物。这种共聚物的粒径在聚合过程中可独立地控制,不受共混加工条件的影响,这种共聚物对尼龙有很强的增韧作用。Wang等[1]人研究了PA66、聚丙烯(PP)、马来酸酐接枝氢化苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物
(SEBS-g-MAH)共混物的增韧机理。在PA66基体中,PP圆形微粒被SEBS橡胶包裹而形成这种结构。体系受应力作用时,SEBS颗粒产生空洞,随后这些界面空洞发展为大量裂纹的增长,进而基体产生大量剪切屈服,从而产生良好的增韧效果。
“壳-核”共聚物增韧尼龙的研究进展
 近年来,应用可在聚合时控制粒径的乳液“壳-核”型共聚物改善各种聚合物冲击性能的研究已经引起广泛的瞩目[2]。美国Rohm&Haas公司在开发“壳-核”型共聚物的领域中有非常独到之处,他们采用乳液复聚法开发了牌号为Paraloid EXL系列的“壳-核”型共聚物。、聚丙烯酸丁酯组成核的丙烯酸酯类“壳-核”型共聚物,另一类为由PMMA组成壳、交联聚丁二烯组成核的MBS类“壳-核”型共聚物,~。但是,由于这两类“壳-核”型共聚物壳的成分都是PMMA,与尼龙6的界面相容性较差、单独作为尼龙6的冲击改性使用时增韧效果很差。因此,如何提高“壳-核”型共聚物的壳与尼龙6基体的相容性,是能否获得理想增韧效果的关键因素。其中最有效的方法是通过引入带极性官能团(如羟基、羧基、环氧基等)的增容剂,使之既能与“壳-核”型共聚物的壳PMMA产生物理相互作用,同时又能与尼龙6基体发生反应,从而显著提高“壳-核”型共聚物与尼龙6的界面粘结性,并获得非常高的冲击强度。
D. R. Paul[3]采用“壳-核”型MBS共聚物和ABS共聚物分别与尼龙6共混,并以苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)为增容剂,使制备的合金缺口冲击强度提高近10倍,获得了超韧性合金。北京化工大学的汪晓东等采用以PMMA为壳,聚丙烯酸丁酯为核的“壳-核”型聚合物作为冲击改性剂,并以双酚A型环氧树脂(DGEBA)为增容剂,通过反应挤出法制备了尼龙6“壳-核”型聚合物共混合金。在合金中添加DGEBA之后,DGEBA与尼龙6中的官能团发生了反应,形成化学键;并通过氢键作用,加强了基体与“壳-核”型聚合物间的相互作用,从而显著地改善了尼龙6与“壳-核”型聚合物的界面粘接性和相容性,从而大幅度地提高了合金的缺口冲击强度,同时合金的断裂伸长率也显著提高。“壳-核”型共聚物可以通过DGEBA的相界面反应增容作用来增韧所有带各类***基官能团的聚合物[4]。
李齐方等[5]研究了尼龙11/EXL-2691“壳-核”冲击改性剂/相容剂三元共混体系加入环氧树脂的力学性能,并提出了其增韧机理。对于尼龙11共混体系,主要影响其冲击性能的是存在于无定形区的“壳-核”冲击改性剂的分散相结构。如果未加相容剂,。当共混体系受到冲击时,