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玻纖+尼龍注塑加工的福音?詳解樹枝狀聚合物

時間:2019-11-17 10:00 閱讀:1890 來源:互聯(lián)網(wǎng)

 

玻纖+尼龍難以注塑加工怎么辦?

據(jù)統(tǒng)計,2014年國內(nèi)尼龍切片產(chǎn)量超過325萬噸,尼龍用量在工程塑料中位居第一!尼龍材料由于高度對稱和氫鍵等效應(yīng),具有很高的結(jié)晶度,從而具備非常優(yōu)異的力學(xué)性能。因此,注塑級玻纖增強尼龍大量應(yīng)用于汽車、電子等高科技行業(yè)。

然而,尼龍在添加玻纖等增強材料時,熔融指數(shù)小,難以注塑加工;這對尼龍制品的尺寸穩(wěn)定性和表面效果產(chǎn)生很大的影響!

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圖:塑料制件中“浮纖”現(xiàn)象,來源于尼龍工程塑料技術(shù)微論壇

如何才能降低尼龍的注塑加工難度?威海晨源分子新材料有限公司研發(fā)生產(chǎn)出第四代新型高分子材料樹枝狀聚合物。該聚合物是一種流動改善劑,它既能成倍地增加尼龍的熔指,又可以避免力學(xué)性能的降低。

 

為何樹枝狀聚合物能改善流動性?

image.jpg

20世紀80年代初,樹枝狀聚合物由美國化學(xué)家Tomalia DA博士發(fā)明并成功合成。近10多年來,樹枝狀聚合物由于以上特點,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到很多的應(yīng)用,包括納米級生物傳感器、納米級催化劑等。其實樹枝狀聚合物在高分子材料加工還有更廣闊的應(yīng)用,比如:降低熔體粘度、改善流動性、提高顏填料的分散性、利于吹膜等。

為什么說樹枝狀聚合物能改善尼龍的加工流動性?我們來舉個例子:有兩份平均分子量相同的線性聚合物(稱為A)和樹枝狀聚合物(稱為B),如下圖所示:

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圖:線性聚合物A和樹枝狀聚合物B

 

1.首先比較它們的流動性能:A由于是線性的,很容易纏結(jié),易結(jié)晶;B是樹枝狀的,具有高度支化結(jié)構(gòu)(主鏈短,支鏈多),由于空間位阻作用,分子間纏結(jié)較少,具有低熔體粘度特性。

2.其次是力學(xué)性能樹枝狀聚合物表面大量的官能團使其具備很好的偶聯(lián)作用,保證具有較大分子間的力,從而保持很好的材料力學(xué)性能。

下面我們通過表格來說明在雙螺桿擠出造粒過程中,添加不同型號樹枝狀聚合物帶來的機頭壓力、主機電流、尼龍力學(xué)性能的變化程度,以及熔融指數(shù)的提高程度:

表:不同配方的測試結(jié)果

配方

機頭壓力/ MPa

主機電流/A

拉伸強度/ 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

未測

12

83.92

74.5

1+1%CYD-801

未測

12

82.04

72.82

1+2%CYD-801

未測

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1PA66,275%PA66 +25%GF, 370%PA66 +30%GF

如上表所示:添加少量701系列樹枝狀聚合物,擠出機機頭壓力減小25-40%,主機電流減小10%以上,對擠出機的要求大幅度降低。拉伸強度減小5-18%,但是熔指增加的幅度非常之大,達到94-570%,從而大大方便了其注塑加工!另外,801系列的樹枝狀聚合物則無損塑料基體的力學(xué)性能,而且也可以翻倍提升純PA66的熔指,故需要根據(jù)實際需求來選擇合適型號的樹枝狀聚合物。

 

除了改善流動性,樹枝狀聚合物還有什么功能?

當(dāng)然,樹枝狀聚合物不僅僅能提高塑料的熔指,它還至少有以下三種功能:

1. 塑料增韌改性:樹枝狀聚合物結(jié)構(gòu)的增韌劑具有優(yōu)異的流動性和分散性,尤其適合高填充和高增韌體系,可以減少增韌劑的用量從而達到降低成本的作用,樹枝狀增韌劑替代傳統(tǒng)POE應(yīng)用于PP體系時,可以比同等份數(shù)POE提升40%~60%以上的沖擊強度。

2.應(yīng)用在透明性塑料和薄膜領(lǐng)域相對于傳統(tǒng)高分子材料,樹枝狀聚合物玻璃化溫度更低,更容易成膜,不容易結(jié)晶,適合透明性塑料和薄膜領(lǐng)域的應(yīng)用,可以替代含氟聚合物PPA應(yīng)用在PE薄膜領(lǐng)域。

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圖:PE薄膜

3. 功能化:樹枝狀聚合物表面大量的官能團使其可具備很高的化學(xué)活性,并可通過端基改性來獲得更多的功能性基團,樹枝狀聚合物通過表面修飾大量不同的官能團可實現(xiàn)在不同塑料和橡膠品種中的應(yīng)用。

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圖:上海交大化學(xué)化工學(xué)院朱新遠院長(左)與威海晨源分子新材料有限公司李武松總經(jīng)理(北大博士)

關(guān)于晨源分子(CYD)

威海晨源分子新材料有限公司為亞洲首家研發(fā)、生產(chǎn)樹枝狀聚合物材料的高新技術(shù)型企業(yè),擁有樹枝狀聚合物領(lǐng)域的唯一院士工作站,核心團隊在樹枝狀聚合物研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域具有20多的經(jīng)驗積累。

晨源分子(CYD)在為北京大學(xué)、清華大學(xué)、中科院提供樹枝狀聚合物用于科學(xué)實驗之后,現(xiàn)已開始實現(xiàn)樹枝狀聚合物的產(chǎn)業(yè)化!至今,已收到澳大利亞、美國和歐洲等全球各地訂單,廣泛應(yīng)用于塑料、涂料油墨、生物醫(yī)用、納米材料、催化劑載體、水處理等領(lǐng)域。

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