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如何降低尼龙制件的吸水率
来源: | 作者:songyachem | 发布时间: 2017-02-18 | 5361 次浏览 | 分享到:
有效降低尼龙树脂吸水率的方法

    

    尼龙制品的吸水率一般高于其他工程塑料,仅靠保持干燥环境来保证尼龙材料的性能比较困难。为解决尼龙的吸水问题,一般可通过与吸水率较低的其他高分子材料共混或无机材料填充对其进行改性。目前,国内外关于降低尼龙制品吸水率的方法主要包括共混改性、粉末填料填充改性、纳米粉体改性以及制品的表面处理等。
       1 共混改性
       共混改性是改善塑料性能的一种有效手段,也是最常用改性方法。该方法具有投资小、见效快、生产周期短等特点,已成为近十多年发展最为迅速的改性方法之一。尼龙共混改性是通过在尼龙基体中混入吸水性极低的其他高聚物,从而在一定程度上降低尼龙制品的吸水率,但是这将影响尼龙制品的其他性能,如通常会造成其力学性能的降低等。其相关共混改性方法如下:
       (1)与线型低密度聚乙烯(LLDPE)共混。Vishal等采用LLDPE接枝马来酸酐(MAH)为增容剂对尼龙6/LLDPE体系的吸水率进行了研究。结果表明,当增容剂添加量为5%、LLDPE含量为10%时,共混物的吸水率相对于纯尼龙6降低了46%,拉伸强度降低了20%,弯曲强度降低了21%。
       (2)与聚丙烯(PP)共混。孙莉等研究了尼龙6/PP复合材料的吸水性及摩擦磨损性能。结果表明,添加相容剂能够有效改善尼龙6/PP共混合金的耐水性,当尼龙6/PP的配比为80/20,采用PP接枝MAH(PP-g-MAH)为相容剂时,复合材料的吸水率降低了24.3%;采用PP接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PP-g-GMA)为相容剂时,其吸水率降低了34.6%。
       (3)与聚四氟乙烯(PTFE)共混。肖华明等研究了PTFE/尼龙6和PTFE/尼龙66共混物的吸水性及流变行为。其研究结果显示,加入3%、8%和15%的PTFE后,PTFE/尼龙6共混物的吸水率比纯尼龙6分别下降了16.5%、21.0%和24.4%,而PTFE/尼龙66共混物的吸水率则比纯尼龙66分别下降了23.6%、26.3%和29.9%。但是,加入PTFE后共混物的冲击强度下降幅度较大,例如加入3%的PTFE后,尼龙66共混物的冲击强度同纯尼龙66相比下降了50%。
       (4)与聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)共混。许福等研究了尼龙6/PTT共混物的吸水率和力学性能。结果表明,尼龙6/PTT共混物的吸水率随PTT含量的增加而减小。当PTT的含量为20%时,共混物24 h和168 h的吸水率仅为纯尼龙6的41%和47%,即PTT的引入有效降低了尼龙6的吸水率。在相同吸水条件下,尼龙6/PTT共混物的力学性能明显优于纯尼龙6。当PTT含量为20%时,共混物吸水后的拉伸强度、弯曲强度较尼龙6分别提高了20.98%和71.73%。
       2 无机填料改性
       无机填料对于降低尼龙制品的吸水率具有一定的效果。在众多改性方法中,无机填充改性是一种简单有效的方法,既可保持尼龙基体的优点,又可利用其复合效应显著提高复合材料的性能,还能降低材料的成本。其相关研究如下:
       (1)填充稀土氧化物。黄虹文等研究了氧化镧(La2O3)填充浇铸尼龙(MC尼龙)复合材料的性能。结果表明,随着La2O3含量的增大,改性MC尼龙的吸水率呈逐渐降低的趋势。当La2O3添加量为0.5%时,材料的吸水率约下降了59%,其成型收缩率减少了16%,同时制品的尺寸稳定性、冲击强度、拉伸强度和弯曲强度较纯MC尼龙均有很大程度的改善。
       (2)填充CaCO3。刘西文等]采用马来酸单酯稀土(RETM)包覆改性CaCO3,将其用于填充改性尼龙6。结果表明,添加25%的改性CaCO3后,尼龙6的吸水率降低了约56%,弯曲强度、缺口冲击强度和热变形温度分别提高了约33%、48%和20%,而其耐磨损性提高了近一倍。
       (3)填充超细滑石粉。孙向东等研究了超细滑石粉对MC尼龙复合材料性能的影响。结果表明,当超细滑石粉的添加量为10%时,MC尼龙的吸水率降低了约50%,热变形温度和单体转化率均明显提高,其中热变形温度提高了约24℃;另外,加入滑石粉后制品的尺寸稳定性较好,同时还降低了MC尼龙制品的成本。
       3 纳米粉体改性
       采用纳米粉体改性聚合物是近几年发展的一项新技术。与传统的聚合物增强、增韧改性方法相比,纳米材料不但能改善聚合物的综合性能,还能赋予其某些奇特的性能,因此,近年来这方面的研究十分活跃。添加纳米粒子不仅能够降低制品吸水的速度,在很大程度上还能改善尼龙制品因吸水带来的不良后果。例如,在尼龙中加入硅酸盐纳米粉体,能够显著降低尼龙制品的吸水率,同时其力学性能也有所改善。其他纳米粉体改性研究如下:
       (1)纳米黏土改性。Liu等研究了尼龙6/黏土纳米复合材料的吸水性能。结果表明,加入5%的纳米蒙脱土和20%的PP-g-MAH后,尼龙6的吸水率降低了50%,拉伸强度降低了8%,弯曲强度降低了11%。Vlasveld等[22]研究了尼龙6/硅酸盐纳米复合材料的吸水性及其对力学性能的影响。结果表明,在20℃、相对湿度为50%的条件下,经过270 d后,尼龙6的吸水率为2.2%,而添加7%的经过表面处理的蒙脱土后,复合材料的吸水率仅为1.2%,比纯尼龙6降低了45%。
       (2)橡胶粉末改性。黄虹文等研究了纳米全硫化粉末丁腈橡胶VP-401填充MC尼龙复合材料的性能。结果表明,VP-401显著提高了MC尼龙的韧性,降低了吸水率。当VP-401添加量为0.4%时,复合材料的吸水率降低了42.3%,冲击强度、弯曲强度、断裂伸长率较纯MC尼龙分别提高了71.5%、50%和55.5%,而拉伸强度仅降低了7.2%。
       4 表面处理改性
       表面处理改性尼龙制品方法很多,主要有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝改性法、辐照处理法等。表面处理技术对降低尼龙制品的吸水率具有较好的效果,该技术主要是对尼龙材料的表面进行疏水化改性,从而减少吸水量。例如,通过在尼龙表面接枝含氟聚合物或在表面形成具有荷叶结构的超疏水层,可大大降低尼龙的吸水率。但是,尼龙制品表面处理的工艺比较复杂,不利于工业化生产。
       Pelagia等研究了表面嵌入含有壳聚糖的水凝胶后的尼龙66复合材料的吸水能力。结果表明,在尼龙66纤维织物表面嵌入功能化水凝胶微粒后,水凝胶层不会影响改性尼龙的孔隙率和渗透性,但是壳聚糖的存在显著提高了尼龙纤维织物的润湿时间,其24 h吸水率可降低41%。
       敬承斌等研究了环氧基硅烷改性TiO2薄膜对尼龙吸水性、耐化学试剂性能的影响。实验结果表明,经镀膜处理的尼龙其吸水率是未处理时的一半,而耐化学试剂性较未处理时提高了近1倍。这是因为,未经镀膜处理的尼龙材料其表面晶区和非晶区域的酰胺亲水基团以及—COOH、—NH2活性端基都直接暴露在外界环境中,容易受到水和化学试剂的进攻,而在尼龙表面形成TiO2涂层后,因其对尼龙表面上述活性基团具有屏蔽作用,从而使材料的吸水性、耐化学试剂性能有所改善。