FRP用尼龙树脂制备与性能研究

李闯

【摘 要】当NaOH与N-3400用量在0.003-0.005摩尔比（占单体）时，其单体转化率达97.8%以上，综合性能较好；当反应温度在90℃下体系黏度在30min之前基本没有变化，有利于浸渍纤维；120℃以上时大约4-5min就可以有大幅度的提升，尤其在150-180℃下可以快速聚合得到性能优良的制品。

【关键词】己内酰胺；尼龙6；阴离子；原位聚合；FRP

0 引言

用尼龙单体浸渍纤维后原位聚合形成高强度复合材料，在工艺参数上研究仍然较少[1-3]。因此，本论文研究单体聚合的影响条件，为确定反应参数寻找理论依据。

1 实验部分

1.1 试剂

己内酰胺，工业级，保定市满城昌盛塑料厂；NaOH，试剂级，吉林省昊迪化学试剂经销有限责任公司；HDI脲二酮（Desmodur N3400），NCO含量21.8±0.7% ，德国拜耳。

1.2 试样制备与分析表征

准确计量一定比例的单体放入装置中，加入引发剂NaOH后减压，迅速加入活化剂N-3400，聚合反应30min，并进行测试分析。

采用NDJ-4旋转黏度计读取黏度数值；将尼龙碎片置于称量瓶中，在150℃恒温干燥至恒重G0后，置于索式抽提器中，以蒸馏水为溶剂抽提7小时，取出样品再在150℃下恒温干燥至恒重G1，计算转化率X=G1/G0×100%。按照国家标准GB1033-1986，采用比重瓶法测定尼龙的相对密度和结晶度；按GB/T1040-92/IF 测定试样拉伸性能；按照GB/T1043-93硬质塑料简支梁冲击试验方法测定冲击强度。

2 结果与讨论

2.1 引发剂与活化剂用量对尼龙的影响

1mol己内酰胺中加入NaOH，抽真空30min后加入异氰酸酯N-3400迅速搅拌均匀，于165℃反应30min，结果见表1。由表1看出，当NaOH用量在0.003～0.005摩尔比时，其单体转化率达97.8%以上。当活化剂用量达到0.003摩尔比时，反应得以快速进行，分子量分布均匀，综合性能变好；活化剂添量继续增大，则明显缩短反应时间，但是使分子量也变小，影响尼龙6力学性能。尼龙的拉伸强度与引发剂添加量的关系，强度先是增加而后降低，呈开口向下的抛物线形。随着引发剂的增加，伸长率先是降低而后又有增加趋势；随着引发剂的加量到0.003摩尔比时，单体反应完全，且反应分子量很高、分子链结晶度大等使尼龙断裂延伸率下降。引发剂的含量再大时，副反应增加导致结晶度减小，使断裂伸长率变大。随着活化剂加量的增大，尼龙的拉伸强度先增大后减小。活化剂加量为的0.003～0.004摩尔比时拉伸强度存在最大值，拉伸强度的变化规律与尼龙中单体转化率、分子量变化规律是一致的。断裂伸长率随着活化剂加量的变化规律也与引发剂的影响规律相似。表明活化剂加量对分子量的影响非常显著，由于分子量的差异而对拉伸强度及断裂伸长率的影响掩盖了结晶度和晶粒尺寸的影响。尼龙低聚物含量越高、结晶度越小、球晶的晶粒越小，则它的冲击强度值越大。引发剂和活化剂加量在0.003～0.004摩尔比范围内，显示出较低的抗冲击性能。

2.2 聚合温度对尼龙合成的影响

维持引发活化剂与单体己内酰胺的摩尔比0.003不变，聚合温度变化范围为145～200℃，合成尼龙见表2。当聚合温度为140℃时，转化率仅为85.6%，随着聚合温度的升高，转化率增加，当聚合温度为170℃时为98.2%，当聚合温度很低时，生成的高聚物在单体中溶解度很小，析出的高聚物因活性中心的冻结而终止反应，所以当聚合温度低于150℃时，高分子链的周围有很多单体不能参与聚合而使转化率变小。当聚合温度高于190℃时，转化率的降低是由于高分子链的热降解引起的。

表2 聚合温度对尼龙合成及结构的影响

2.3 尼龙聚合反应过程中黏度分析

维持引发剂/活化剂与单体己内酰胺的摩尔比0.003/0.003不变，设定不同聚合温度以考察己内酰胺阴离子聚合过程中的粘度随时间的增长情况，为进一步浸渍纤维提供依据，如图1-4。可知，尼龙6聚合反应体系在反应后期粘度急剧上升，当反应温度在90℃下体系黏度在30min之前基本没有变化，表明在此温度下体系可以维持较长的时间不反应，这给浸渍纤维带来了极大的可能性；随着温度的升高，反应体系黏度的升高的起始时间明显变短，在120℃时大约4-5min就可以有大幅度的提升；而当180℃时，体系黏度在40s就可以明显的改变。总之，当温度控制在90～120℃之间能够在极低的黏度下良好的浸渍纤维，之后在150～180℃下快速的聚合得到性能优良的制品。

3 结论

引发剂和活化剂加量在0.003～0.005摩尔比范围内，显示出较好的综合性能，但有较低的抗冲击性能。聚合温度160℃～180℃时，尼龙合成转化率较高、密度较大、结晶度较高；当反应温度在90℃下体系黏度在30min之前基本没有变化，这给浸渍纤维带来了极大的可能性；反应后期粘度急剧上升，尤其在150～180℃下快速的聚合得到性能优良的制品。

【参考文献】

[1]杨桂生.MC尼龙合成、改性及形态[D].北京：中国科学院化学研究所，1990.

[2]金国珍.工程塑料[M].北京：化学工业出版社，2000：176-189.

[3]曾余平，彭永元.MC尼龙管浇铸量计算公式及生产验证[Jl.工程塑料应用.2000，28（7）：12-14.

[责任编辑：汤静]