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玻纤+尼龙注塑加工的福音?详解树枝状聚合物

2014年,国内尼龙切片产量超过325万吨,玻纤+尼龙已大量应用于汽车、电子领域。然而玻纤+尼龙流动性差,注塑成型要求高、容易产生不良品;本文介绍了一种树枝状聚合物,它能够有效提高玻纤+尼龙等塑料的流动性,从而减小加工难度!

一 玻纤+尼龙难以注塑加工怎么办?

据统计,2014年国内尼龙切片产量超过325万吨,尼龙用量在工程塑料中位居第一!尼龙材料由于高度对称和氢键等效应,具有很高的结晶度,从而具备非常优异的力学性能。因此,注塑级玻纤增强尼龙大量应用于汽车、电子等高科技行业。

然而,尼龙在添加玻纤等增强材料时,熔融指数小,难以注塑加工;这对尼龙制品的尺寸稳定性和表面效果产生很大的影响!最常见的缺陷之一即是浮纤现象,详情请点击查看→玻纤增强尼龙(PA)出现“浮纤”影响油漆喷涂怎么办?

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图:塑料制件中“浮纤”现象,来源于尼龙工程塑料技术微论坛

如何才能降低尼龙的注塑加工难度?威海晨源分子新材料有限公司研发生产出第四代新型高分子材料树枝状聚合物。该聚合物是一种流动改善剂,它既能成倍地增加尼龙的熔指,又可以避免力学性能的降低。

 

二 为何树枝状聚合物能改善流动性?


20世纪80年代初,树枝状聚合物由美国化学家Tomalia DA博士发明并成功合成。近10多年来,树枝状聚合物由于以上特点,在生物医学领域得到很多的应用,包括纳米级生物传感器、纳米级催化剂等。其实树枝状聚合物在高分子材料加工还有更广阔的应用,比如:降低熔体粘度、改善流动性、提高颜填料的分散性、利于吹膜等。

为什么说树枝状聚合物能改善尼龙的加工流动性?我们来举个例子:有两份平均分子量相同的线性聚合物(称为A)和树枝状聚合物(称为B),如下图所示:


图:线性聚合物A和树枝状聚合物B

 

1.首先比较它们的流动性能:A由于是线性的,很容易缠结,易结晶;B是树枝状的,具有高度支化结构(主链短,支链多),由于空间位阻作用,分子间缠结较少,具有低熔体粘度特性。

2.其次是力学性能树枝状聚合物表面大量的官能团使其具备很好的偶联作用,保证具有较大分子间的力,从而保持很好的材料力学性能。

下面我们通过表格来说明在双螺杆挤出造粒过程中,添加不同型号树枝状聚合物带来的机头压力、主机电流、尼龙力学性能的变化程度,以及熔融指数的提高程度:

表:不同配方的测试结果

配方

机头压力/ MPa

主机电流/A

拉伸强度/ MPa

熔指g/10min

1

0.4

16

83.33

37.02

1+0.5%CYD-701

0.3

14

80.41

72.22

1+0.8%CYD-701

0.3

14

66.4

247.52

1+0.5%CYD-801

未测

12

83.92

74.5

1+1%CYD-801

未测

12

82.04

72.82

1+2%CYD-801

未测

12

80.33

85.26

2

0.8

16

162.72

29.26

2+0.58%CYD-701

0.6

14

133.56

110.06

3

1

19

185.76

23.53

3+0.5%CYD-701

0.6

17

165.73

64

配方1PA66275%PA66 +25%GF, 370%PA66 +30%GF

如上表所示:添加少量701系列树枝状聚合物,挤出机机头压力减小25-40%,主机电流减小10%以上,对挤出机的要求大幅度降低。拉伸强度减小5-18%,但是熔指增加的幅度非常之大,达到94-570%,从而大大方便了其注塑加工!另外,801系列的树枝状聚合物则无损塑料基体的力学性能,而且也可以翻倍提升纯PA66的熔指,故需要根据实际需求来选择合适型号的树枝状聚合物。

 

除了改善流动性,树枝状聚合物还有什么功能?

当然,树枝状聚合物不仅仅能提高塑料的熔指,它还至少有以下三种功能:

1. 塑料增韧改性:树枝状聚合物结构的增韧剂具有优异的流动性和分散性,尤其适合高填充和高增韧体系,可以减少增韧剂的用量从而达到降低成本的作用,树枝状增韧剂替代传统POE应用于PP体系时,可以比同等份数POE提升40%~60%以上的冲击强度。

2.应用在透明性塑料和薄膜领域相对于传统高分子材料,树枝状聚合物玻璃化温度更低,更容易成膜,不容易结晶,适合透明性塑料和薄膜领域的应用,可以替代含氟聚合物PPA应用在PE薄膜领域。

图片
图:PE薄膜

3. 功能化:树枝状聚合物表面大量的官能团使其可具备很高的化学活性,并可通过端基改性来获得更多的功能性基团,树枝状聚合物通过表面修饰大量不同的官能团可实现在不同塑料和橡胶品种中的应用。

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