（材料學(xué)專業(yè)論文）mc尼龍及改性復(fù)合材料的研究.pdf

摘要 m c 尼龍及改性復(fù)合材料的研究 摘要 根據(jù)m c 尼龍聚合原理和影響因數(shù)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，在靜態(tài)澆鑄 條件下制備了m c 尼龍，并對(duì)其一系列性能進(jìn)行測(cè)試、表征，如吸水 率、收縮率、邵氏硬度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等，得到試驗(yàn)的優(yōu)化工 藝條件：真空度要求達(dá)到o 0 9 9 m p 以上；催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為o 15 ， 活化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)o 3 6 ；催化劑加入溫度應(yīng)在1 2 0 左右，活化劑加 入溫度在1 5 5 1 6 0 ，模具溫度1 7 0 ；加入催化劑后抽真空時(shí)間 為3 0 m i n ，在烘箱中恒溫加熱時(shí)間為3 0 m i n 左右。 對(duì)改性劑的加入次序進(jìn)行研究探討，對(duì)制得的改性m c 尼龍各項(xiàng) 性能進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：改性劑和單體己內(nèi)酰胺一起加入制得 的m c 尼龍復(fù)合材料綜合性能明顯優(yōu)于改性劑和催化劑一起加入制 得的m c 尼龍。 通過(guò)l a 2 0 3 及硅烷偶聯(lián)劑處理l a 2 0 3 改性m c 尼龍，考察了改性 劑對(duì)復(fù)合材料物理、機(jī)械性能的影響，總結(jié)規(guī)律，并用d s c 對(duì)m c 尼龍進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：l a 2 0 3 及硅烷偶聯(lián)劑處理的l a 2 0 3 對(duì) m c 尼龍有增強(qiáng)、增韌的作用，吸水率、收縮率、硬度( 邵氏) 等性 能都有不同程度的改善；硅烷偶聯(lián)劑i 5 5 0 處理的l a 2 0 3 作用效果 優(yōu)于l a 2 0 3 。 對(duì)超細(xì)粉末橡膠v p 4 0 1 改性m c 尼龍進(jìn)行了系列研究。結(jié)果表 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 明，超細(xì)全硫化粉末丁腈橡膠v p 4 0 1 的加入對(duì)m c 尼龍起到了很好 的增韌作用，吸水率也降低了：加入量為o 4 w 時(shí)，復(fù)合材料的綜 合性能最好，沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率較純m c 尼龍?zhí)岣吡?7 1 5 、5 0 、5 5 5 ，吸水率降低了4 2 3 ；而拉伸強(qiáng)度和硬度分 別只下降了7 2 、2 。 關(guān)鍵詞：m c 尼龍，改性，復(fù)合材料，l a 2 0 3 ，k h 5 5 0 ，v p 4 0 1 摘要 s t u d yo nm o n o m e rc a s t i n gn y l o na n dc o m p o s i t e s a b s t r a c t t a k e 塒n c i p l ea n dv 撕o u sf a c t o r sr e l e v 咖t ot h ep o l y m e r i z a t i o no f m cn y l o ni n t oc o n s i d e r a t i o n ，i r n p r o v ei t se ) 【p e r i m e n t a ld e v i c e s ，m c n 姐o nw a sp r 印a r e db ys t a t i c c a s t i n g p r o p e r t i e so fm cn y l o nw e r e t e s t e d a n dp r e s e n t e d ，s u c ha sw a t e ra b s o 印t i o n ，s n k a g er a t i o ，s h o r eh a r d n e s s ， t e n s i l e s t r e n 舀h ，i l n p a c ts t r e n g t h ， e c t t h e n ， t h e o p t i m i z a t i o n o f e x p e r i m e n t a lp a r 鋤e t e r sf o rt h ep o l y m e r i z a t i o nf o l l o w sa s ：r e a c ha t l e s s o 0 9 9 m p ao nv a c u u mm e t e r ，o 15 w c lo fc a t a l y s tc o n t e n t ，o 3 6 w c lo fa c t i v a t o rc o n t e n t ，a d dt h ec a t a l y s ta t12 0 a n dv a c u u m p u m p i n g f o r3 0m i n ， d r i pt h ea c t i v a t o ra t15 5 1 6 0 ， p o u rt h e mi n t ot h em o l d w h i l eh e a tu pt o17 0 b e f o r e h a n d ，h o l do n3 0 m i ni nt h ec o n s t a n t t e m p e r a t u r eo v e n t h ec o m p o s i t e so fm cn y l o nw e r ep r 印a r e db ya d d i n gs a m e m o d i f i e r sa td i f l j 暑r e n tp l a c e sa n dt h e i rp r o p e n i e sw e r ea l s op r e s e n t e d t h e r e s u l t ss h o wt h a t ，c o m p a r e dt oo t h e r s ，t 1 1 ep r o p e n i e so fm cn y l o na r e b e t t e rw h e nm o d i f i e rd r o p e dw i t hc a t a l y s t i i i 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 l a 2 0 3a n dl a 2 0 3m o d i f i e db yk h 一5 5 0w e r eu s e da sa s s i s t a n t si nt h e p o l y m e d z a t i o no fm cn y l o n a m dt h ee 行e c to fa d d i t i o n so np r i o p e r t i e so f t h ec o m p o s i t e sh 硒b e e ns t l l d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tl a 2 0 3a n dl 糾0 3 m o d i f i e db yk h - 5 5 0c o u l dc o n t n b u t et or d n f o r c i n gm c n y l o n sp h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，i n c l u d i n gw a t e ra b s o 叩t i o n ，s h r i i 皿a g er a t i o ， s h o r eh a r d n e s s ，t e n s i l e s t r e n 或ha n di i n p a c ts t r e n g t h i n a d d i t i o n ， c o m p a r e dw i t hl a 2 0 3 ，l a 2 0 3m o d i f i e db yk h 一55 0t a k e st h ea d v 鋤a g ei n m o d i 研n gm cn y l o n e h e c to ft h ea d d i t i o no fv p - 4 0lo np r 叩e r t i e so fm cn y l o n c o m p o s i t ew a sa l s or e s e a r c h e d t h ec o n c l u s i o n si n d i c a t et h a tu l t r a f i n e 如l l - l c a n i z e dp o w d e r e dm b b e rv p - 4 01c a n i m p r o v em cn y l o n s i m p a c t - s t r e n g t ha n dw a t e ra b s o 印t i o nr a t i o m e nt h ec o n t e n ti so 4 w ， t h ec o m p o s i t e sn o t c h - i m p a c ts t r e n 百h ，t h ec o m p o s i t e s o v e r a l lp r o p e r t i e s a r ee x c e l l e n t c o n l p a i d t o p u i e m cn y l o n ， n e x u r a ls t r e n 舒h ，a n d e l o n g a t i o na tb r e a ko fc o m p o s i t e sc o u l di n c r e a s e71 5 ，5 0 ，5 5 5 ；t h e w a t e ra b s o 印t i o nr a t i od e c r e a s e s 4 2 3 ，w h i l et e n s i l es t r e n g t ha n d h a r d n e s so n l yl o s e7 2 a n d2 r e s p e c t i v e l y 1 yw o i m s ：m c n y l o n ，m o d i 敏c o n l p o s i t e ，l a 2 0 3 ，k h 5 5 0 ，v p 4 01 北京化工大學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本 論文不含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文 的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。本 人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 作者簽名：= 童：苧三壘日期：挫星：亟墨里 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 學(xué)位論文作者完全了解北京化工大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文 的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北 京化工大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印 件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全 部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編 學(xué)位論文。 作者簽名：疊生垂 新躲攀螂二 第一章緒論 1 1 尼龍介紹 第一章緒論 近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工程塑料的應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用數(shù)量以較高的 速度持續(xù)增長(zhǎng)，1 9 9 9 年國(guó)內(nèi)五大工程塑料消費(fèi)量己達(dá)到了3 2 萬(wàn)噸，比1 9 9 8 年增加 6 萬(wàn)噸，增長(zhǎng)率為2 3 ，比1 9 9 4 年的1 1 4 萬(wàn)噸，增長(zhǎng)2 8 0 ，2 0 0 0 年的消費(fèi)量超過(guò) 了4 0 萬(wàn)噸，接近世界總消費(fèi)量的l o ，到2 0 0 5 年消費(fèi)量已達(dá)到5 9 萬(wàn)噸，年均增長(zhǎng) 率1 5 。隨著傳統(tǒng)工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變，新材料將成為推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù) 進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的催化劑，成為現(xiàn)代高新技術(shù)的重要組成部分，它也必將成 為中國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)，特別是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)必不可少的組成部分【l 】。 聚酰胺( p o l y 鋤i d e ，p a ) 俗稱尼龍( n y l o n ，據(jù)說(shuō)是n e wy o r k 、l 0 n d o n 組 合而來(lái)的) ，它是含有許多重復(fù)的酰胺基團(tuán)樹(shù)脂的總稱，是五大工程塑料之一。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2 0 0 3 年全國(guó)五大工程塑料的市場(chǎng)需求已達(dá)到8 0 萬(wàn)噸，其中尼龍1 6 5 萬(wàn)噸， 占總量的2 0 6 。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從1 9 9 8 年至2 0 0 5 年，國(guó)內(nèi)工程塑料消費(fèi)年均增 長(zhǎng)速率為2 6 ，預(yù)計(jì)今后幾年的增長(zhǎng)率為1 5 1 8 f 2 1 。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2 0 0 7 年 國(guó)內(nèi)工程塑料消費(fèi)量為2 4 0 萬(wàn)噸。工程塑料制品主要用于家電、電子、汽車、通 信等行業(yè)的配套件。相關(guān)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)了工程塑料需求量的大幅度上 升。 尼龍作為一種應(yīng)用廣泛的熱塑性工程材料【3 】，現(xiàn)有品種很多，但實(shí)際應(yīng)用較 廣的有尼龍6 、尼龍6 6 、尼龍6 1 0 、尼龍1 0 1 0 、鑄型尼龍( m c 尼龍) 和芳香尼龍等。 尼龍名稱后面的數(shù)字是表示組成這種高聚物中的鏈節(jié)所含的碳原子數(shù)。制造尼龍 的方法有兩種：由氨基酸脫水制成內(nèi)酰胺，然后再聚合制得的尼龍稱為尼龍x ； 由二元酸與二元胺反應(yīng)，成為兼含酰基和氨基的線型高分子化合物，稱為尼龍 x y 。其中x 為氨基酸中的碳原子數(shù)，x y 分別為二元胺和二元酸中的碳原子數(shù)。 尼龍的命名就是以這些碳原子數(shù)為依據(jù)的。由于所具有的碳原子數(shù)目的不同，因 而得到了不同品種的聚酰胺。例如，尼龍6 是由含有6 個(gè)碳原子的已內(nèi)酰胺本體聚 合而成。尼龍6 6 是由含有6 個(gè)碳原子的己二胺和6 個(gè)碳原子的己二酸縮聚而成。這 些品種的尼龍?jiān)诮Y(jié)構(gòu)上、性能上有它們的共同點(diǎn)，也有它們的不同點(diǎn)，總的來(lái)說(shuō)， 尼龍具有良好的綜合性能。不管哪種尼龍，其大分子鏈段中都重復(fù)出現(xiàn)有酰胺基 團(tuán)，這是一個(gè)極性的基團(tuán)，這個(gè)基團(tuán)上的氫能夠與另一個(gè)酰胺基團(tuán)的鏈段上的給 出電子的羰基結(jié)合形成相當(dāng)強(qiáng)力的氫鍵，這樣，大分子鏈之間作用力很大，鏈的 內(nèi)旋轉(zhuǎn)受阻，使結(jié)構(gòu)發(fā)生結(jié)晶化，導(dǎo)致熔點(diǎn)升高，使成型產(chǎn)品有良好的韌性、耐 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 油和耐溶劑性，優(yōu)良的機(jī)械性能，有一定的吸水性和耐熱性。但形成這種氫鍵的 多少與分子鏈中兩極性基團(tuán)之間的碳原子數(shù)有關(guān)。碳原子數(shù)越少，相對(duì)來(lái)說(shuō)氫鍵 較多，使其熔點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度都較高；而吸水性增加又會(huì)導(dǎo)致尺寸穩(wěn)定性較差【4 1 。 1 2 尼龍種類與特征 尼龍樹(shù)脂的種類很多，以下就比較常見(jiàn)的幾種做簡(jiǎn)單介紹【5 】： 1 2 1 尼龍6 尼龍6 是日本最具代表性的樹(shù)脂，由己內(nèi)酰胺聚合制得，其熔點(diǎn)為2 1 5 2 2 5 ，比尼龍6 6 低；另外，彈性模量亦低，吸濕性較大，但韌性好，是物美價(jià) 廉的樹(shù)脂。用玻璃纖維增強(qiáng)效果大，玻璃纖維增強(qiáng)使熱變形溫度和彈性模量顯著 提高，吸濕率下降。尼龍6 主要作為注塑成型制品，用作汽車、機(jī)械和電器制品 的功能性部件。除注塑成型制品外，作為薄膜和單絲等擠出成型制品也被廣泛應(yīng) 用。 1 2 2 尼龍6 6 在歐美，尤其在美國(guó)，所謂尼龍樹(shù)脂，是指尼龍6 6 ，它由己二胺和己二酸縮 聚而制得。它比尼龍6 的熔點(diǎn)高，耐熱性優(yōu)良，彈性模量較高，吸水率較低，作 為成型制品的特性優(yōu)于尼龍6 。特別是耐熱性和耐油性好，它適合于制作汽車發(fā) 動(dòng)機(jī)周圍的機(jī)能部件和容易受熱的電子電氣制品的部件。 1 2 3 尼龍6 1 0 和尼龍6 1 2 與尼龍6 6 相比，這兩種尼龍的亞甲基鏈長(zhǎng)，熔點(diǎn)低，柔軟。尼龍6 1 0 由己二 胺和癸二酸制得，尼龍6 1 2 由己二胺和十二碳二酸制得。它亦可以制成玻璃纖維 增強(qiáng)制品，但與其作為工程塑料使用，還不如利用其柔軟性和耐磨性，因而用作 電線包覆或單絲、剛毛等居多。 1 2 4 尼龍1 1 和尼龍12 尼龍1 1 和尼龍1 2 在尼龍樹(shù)脂中屬于低熔點(diǎn)和低吸水性樹(shù)脂。這兩種尼龍的柔 2 第一章緒論 軟性、耐摩擦磨耗性和耐油性優(yōu)良。亦可用于注塑成型，但以擠出成型、吹塑成 型和粉末涂裝等用途居多。 1 3m c 尼龍 1 3 1 眥尼龍的概念 1 9 6 0 年美國(guó)m o n s a n t o 公司首先發(fā)表了將熔融的己內(nèi)酰胺單體連同堿性催化 劑一起直接澆注入比較簡(jiǎn)單的模具內(nèi)，在1 5 0 2 0 0 ，常壓下，經(jīng)1 0 1 5 分鐘后 即得到成型制品的報(bào)道，該制品稱為單體澆鑄尼龍( m o n o m e r c 嬲t i n g n y l o n ) ， 亦即m c 尼龍【6 。 m c 尼龍是尼龍塑料中的一個(gè)特殊品種，在分子結(jié)構(gòu)上屬于尼龍6 ，故性能上 基本與尼龍6 相似，但由于它是在較低的溫度下快速聚合成型，具有較高的分子 量和結(jié)晶度，因此各項(xiàng)物理性能、機(jī)械性能都比尼龍6 要好【_ 7 1 。 1 3 2m c 尼龍的特點(diǎn) 不同的尼龍6 生產(chǎn)工藝不同，性能也不一樣，因而它們的適用場(chǎng)合也不相同， 機(jī)械性能性能優(yōu)良，可適用于要求較高的工程領(lǐng)域，替代有色金屬，但是加工 性能較差。單體澆鑄尼龍6 的方法可以在尼龍聚合體的熔點(diǎn)以下制造出上百公斤 或是更大的大型尼龍制件。從原料開(kāi)始到聚合成型，整個(gè)操作只需半小時(shí)到2 小時(shí)。因?yàn)樗怯脧?qiáng)堿做催化劑，而且反應(yīng)速度很快，所以也叫做堿聚合尼龍， 或者快速聚合尼龍。 單體澆鑄成型的方法不僅能夠制造出大型鑄件，而且還有下列優(yōu)點(diǎn)： ( 1 ) 生產(chǎn)工藝過(guò)程短。由于是單體直接澆鑄在模具內(nèi)聚合成型，這就不需要 像一般的水解聚合方法制造尼龍6 那樣長(zhǎng)時(shí)間的聚合過(guò)程，而且不需要經(jīng)過(guò)造粒、 水洗、干燥和后加工成型等一系列步驟。 ( 2 ) 反應(yīng)溫度低( 聚合體熔點(diǎn)以下) 。 ( 3 ) 因?yàn)榫酆铣尚偷臏囟缺容^低，產(chǎn)品中單體平衡含量比較少，聚合收率高， 降低了產(chǎn)品成本。 ( 4 ) 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，模具成本低，設(shè)備效率高。因?yàn)槭窃诔合鲁尚?，設(shè)備 和模具都很簡(jiǎn)單。模具可以用薄壁材料，只要能承受粘度較低的溶液就可以。 ( 5 ) 鑄型尼龍產(chǎn)品的分子量比一般的尼龍大得多，普通尼龍6 聚合體分子量一 般在3 萬(wàn)以下，結(jié)晶度不超過(guò)4 0 ，而陰離子聚合尼龍6 的分子量一般在7 1 0 萬(wàn) 3 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 左右，有些甚至更高，結(jié)晶度可以超過(guò)5 0 ，結(jié)晶程度很高，密度也較大。因而 機(jī)械強(qiáng)度，剛度耐磨性能比一般尼龍大，耐化學(xué)性能好，吸水性較小，尺寸穩(wěn)定 性也較通常的尼龍好。成型的尺寸大小不受限制，而且由于聚合和成型都是在內(nèi) 部各部位同時(shí)進(jìn)行的，因此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比較均勻。 m c 尼龍屬于工程塑料，而工程塑料( e n 百n e 甜n gp l a s t i c s ) 這個(gè)詞是杜邦公 司于1 9 5 6 年推出聚甲醛( p o m ) 時(shí)開(kāi)始采用的【5 1 。它是2 0 世紀(jì)5 0 年代隨著電子電 氣、汽車工業(yè)、信息科技、航空航天及國(guó)防等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在通用塑料 基礎(chǔ)上崛起的一類新型高分子材料。它沒(méi)有準(zhǔn)確的定義，但一般認(rèn)為工程塑料是 可代替金屬，能在較寬溫度范圍及較長(zhǎng)使用時(shí)間內(nèi)保持優(yōu)良性能，并能承受機(jī)械 應(yīng)力及作為結(jié)構(gòu)材料使用的一類塑料【引。 m c 尼龍作為一般的工程塑料，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)p j ： ( 1 ) 質(zhì)量輕，陰離子聚合鑄型尼龍的密度在1 1 5 1 1 6 ，僅是鋼( 7 8 ) 的1 7 ， 銅( 8 9 ) 的1 8 ，鋁合金( 2 7 的2 5 。由于質(zhì)輕，作為機(jī)械材料使用時(shí)可以減少 零部件不必要的強(qiáng)度和動(dòng)力，并可減輕運(yùn)動(dòng)慣量，裝卸和檢修也極為輕便。 ( 2 ) 機(jī)械性能好。m c 尼龍制品機(jī)械強(qiáng)度大，韌度好，抗沖擊，耐疲勞。鑄 型尼龍是在其熔點(diǎn)( 2 2 0 ) 以下結(jié)晶成型的，分子量大( 高達(dá)3 5 l o 萬(wàn)) ，因而機(jī)械 強(qiáng)度比一般尼龍( 分子量為2 3 萬(wàn)) 制品大得多，尤其是具有較好的抗蠕變特性， 所以能長(zhǎng)期承受軸承的重負(fù)荷。 ( 3 ) 噪音低。鑄型尼龍的模量比金屬小得多，對(duì)振動(dòng)衰減率比鋼要大幾十 倍，有吸音功能。因此，用鑄型尼龍制作齒輪、車輪時(shí)，噪音小，是防止機(jī)械嗓 音的較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的途徑。例如，鑄型尼龍齒輪比鋼質(zhì)齒輪可降低1 0 1 5 分貝。 ( 4 ) 具有耐磨性和自潤(rùn)滑性。m c 尼龍制品在一般輕負(fù)荷、低速度的情況下 使用時(shí)可以不另加潤(rùn)滑劑。尼龍的磨損特點(diǎn)是在使用初期稍有磨損，以后很少磨 耗，不像金屬材料那樣，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，磨損也成比例的增加。此外，鑄 型尼龍的摩擦系數(shù)也很小，單位面積壓力在0 9 8 6 8 7 m p a 范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)為 o 3 o 4 。并且，由于鑄型尼龍的硬度比金屬小得多，所以它不易損傷磨件，這 對(duì)于做輥筒、軸承、軸套、車輪、輪襯等制品是非常有利的。 ( 5 ) 良好的回彈性。鑄型尼龍制品可使彎曲曲面不發(fā)生永久變形，這樣能 保持強(qiáng)韌度以抵抗由于反復(fù)沖擊負(fù)荷所產(chǎn)生的斷裂。這對(duì)用于承受高沖擊負(fù)荷的 制件是非常必要的。 ( 6 ) 非粘附性。m c 尼龍具有與其它材料不易粘接的性質(zhì)，可以作提升槽斗 等用途，因此也有難以找到合適粘結(jié)劑的缺點(diǎn)。 ( 7 ) 電性質(zhì)。鑄型尼龍的電性能與普通尼龍相似，與其他工程塑料相比， 沒(méi)有特別的優(yōu)越性，特別是吸水率的影響，所以并不適宜制作高級(jí)電氣制品，然 4 第一章緒論 而正因?yàn)殍T型尼龍具有吸水性的特點(diǎn)，故而不易帶靜電，這一點(diǎn)在塑料中是屬于 較特殊的一類。 ( 8 ) 化學(xué)性質(zhì)。鑄型尼龍的化學(xué)性質(zhì)大體上和普通尼龍6 相似，對(duì)化學(xué)藥品 有較強(qiáng)的抵抗力，一般而言鑄型尼龍耐有機(jī)溶劑性強(qiáng)而耐酸性弱。 鑄型尼龍?jiān)诔叵氯芙庥诜?、飽和氯化鈣溶液、濃蟻酸等。遇到濃硫酸、濃 硝酸、濃鹽酸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生部分溶解。熱時(shí)溶解的有苯甲酸、乙二醇、冰醋酸、氯 乙烷、三氯乙烷等。 鑄型尼龍6 在1 5 0 以下，分子量很高，不易降解，而在此溫度以上則開(kāi)始急 劇的降解，通過(guò)酸提取出聚合物中催化劑殘?jiān)?，可以明顯的減少尼龍6 的降解。 1 3 3m c 尼龍與尼龍6 的區(qū)別 陰離子聚合的特點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間短，聚合物粘度高，平均分子量比水解聚合高 得多，因而陰離子聚合的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，設(shè)備利用率高，能耗低。陰離子聚合尼 龍6 的成型，可用單體直接澆鑄，也可以用反應(yīng)注射成型工藝f 反應(yīng)成型尼龍r m 尼龍) ，還可以用反應(yīng)擠出生產(chǎn)( 反應(yīng)擠出尼龍i 迎x 尼龍) 。不同的工藝，所得尼龍 6 的性能各不相同，如下表1 1 所示。 鑄型尼龍與尼龍6 的區(qū)別正如前述，鑄型尼龍是尼龍中的一種，但鑄型尼龍 又與普通尼龍6 有明顯的不同，其主要區(qū)別在于【6 】： ( 1 ) 聚合方法途徑不同。普通尼龍6 是熔融的己內(nèi)酰胺單體在酸性催化劑存 在下進(jìn)行水解開(kāi)環(huán)聚合，反應(yīng)時(shí)需要高壓( 高壓釜或聚合管) 、高溫( 2 5 0 ) 和長(zhǎng)時(shí) 間( 1 0 2 0 小時(shí)以上) ，聚合設(shè)備較為復(fù)雜，工序多。鑄型尼龍則是熔融的己內(nèi)酰 胺單體在堿性介質(zhì)存在下進(jìn)行陰離子開(kāi)環(huán)聚合，在常壓和1 7 0 左右的溫度下， 只需要幾分鐘即可完成。 ( 2 ) 聚合產(chǎn)物性能的差別普通尼龍6 聚合體的分子量一般在3 萬(wàn)以下，結(jié)晶 度不超過(guò)4 0 ；而鑄型尼龍的分子量在3 5 1 0 萬(wàn)左右，結(jié)晶度可超過(guò)5 0 ，密 度也較大。因此，無(wú)論在強(qiáng)度、剛度、耐磨損性能和耐化學(xué)性能方面，鑄型尼龍 均比普通尼龍6 優(yōu)越得多，而且吸水性也比較小，尺寸穩(wěn)定性較普通尼龍6 好。 ( 3 ) 制品的成型方法不一樣普通尼龍6 聚合體需要經(jīng)過(guò)鑄帶、造粒、萃取、 干燥后，才能加工成型。成型方法通常是采用注射法。注塑機(jī)設(shè)備要承受很大的 壓力，模具復(fù)雜，加工精度要求很高，生產(chǎn)成本大。鑄型尼龍是將熔融的單體連 同堿性催化劑和其他助劑一起，在常壓下直接注入模具內(nèi)成型，聚合反應(yīng)和制品 成型同時(shí)在一個(gè)模具內(nèi)進(jìn)行，工藝過(guò)程簡(jiǎn)短，澆鑄設(shè)備簡(jiǎn)單，模具成本低。 ( 4 ) 成型制品尺寸受限制的程度不同普通尼龍6 制品是通過(guò)注射成型獲得， 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 制品的尺寸受注塑機(jī)和模具的限制，成型2 公斤以上的產(chǎn)品就很困難了，所以一 般以小型制件為主。鑄型尼龍制品在理論上只要模具允許制品的尺寸大小不受限 制而且無(wú)方向性。通常制品為幾公斤至幾十公斤重量，國(guó)外曾經(jīng)制造出1 1 0 0 公斤 的大型制品，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的最大制件也達(dá)2 0 0 5 0 0 公斤規(guī)模。 表1 1 普通尼龍6 與m c 尼龍性能比較 t a b l el - lp r o p e n 硫o f n y l o n6 鋤dm cn ”o n 項(xiàng)目普通尼龍6m c 尼龍 熔點(diǎn)( ) 2 1 5 2 2 02 2 3 2 2 5 密度( c m 3 ) 1 1 3 1 1 41 1 5 1 1 6 平均分子量( 1 0 4 ) 2 35 1 0 吸水率( 2 4 h ，) 1 9 3 30 7 1 2 吸水率( 飽和，) 8 1 05 5 6 5 熱變形溫度( 1 8 2 m p a ，)5 5 5 81 5 0 1 9 0 馬丁耐熱( ) 4 0 5 06 7 7 4 拉伸強(qiáng)度( m p a ) 5 0 7 07 5 l o o 斷裂伸長(zhǎng)率( ) 1 0 0 2 0 01 0 3 0 沖擊強(qiáng)度( m 2 ) 1 0 0 ( 缺口：1 0 ) 5 2 0 6 2 4 彎曲強(qiáng)度( m p a )8 0 1 2 5 1 4 0 1 7 0 壓縮強(qiáng)度( m p a )6 0 9 0 l o o 1 4 0 抗張強(qiáng)度( m p a ) 5 0 7 07 5 1 0 0 線膨脹系數(shù)( a 1 ) 8 1 34 7 洛氏硬度 r 1 0 3 1 1 8r l l 0 1 2 0 剪切強(qiáng)度( m p a )5 97 4 8 1 沖擊強(qiáng)度( i z o d ， 1 0 2 07 9 6 k g c n 以5 4 n l l l l ) 1 3 4m c 尼龍聚合反應(yīng)原理 己內(nèi)酰胺在水、酸、堿或其鹽等的引發(fā)下發(fā)生不同形式的聚合，尼龍6 的聚 合從聚合機(jī)理上劃分，可分為：水解聚合、陽(yáng)離子聚合、陰離子聚合、固相聚合； 從工藝上劃分，可分為：高壓間隙聚合、常壓水解聚合、二段連續(xù)聚合( 又稱高 壓前聚法) 、單體澆鑄反應(yīng)、雙螺桿擠出聚合、連續(xù)固相聚合和間隙固相聚合。 6 第一章緒論 目前，工業(yè)上應(yīng)用最多的是水解連續(xù)聚合，水解連續(xù)聚合的產(chǎn)品分子量易于調(diào)節(jié)， 適合大規(guī)模生產(chǎn)。常壓水解聚合適合生產(chǎn)中粘度、低粘度尼龍6 ；二段水解連續(xù) 聚合以及固相聚合適合生產(chǎn)高粘度尼龍6 ；陰離子聚合反應(yīng)快，聚合時(shí)間短，對(duì) 反應(yīng)體系水分含量及操作控制要求高；單體澆鑄適合生產(chǎn)大型制件；雙螺桿擠出 聚合是在單體澆鑄反應(yīng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新工藝，其主要特征是聚合速度快、流 程短。 已內(nèi)酰胺在澆鑄時(shí)的聚合過(guò)程是屬于陰離子型的催化聚合反應(yīng)。在堿催化劑 存在的條件下，如果加入少量助催化劑時(shí)，能大大降低反應(yīng)活化能，使反應(yīng)速度 成百倍的提高。這樣，原本在2 0 0 以下反應(yīng)極其緩慢，一般要在2 0 0 以上經(jīng)過(guò) 一段誘導(dǎo)時(shí)問(wèn)才能迅速聚合的過(guò)程，在加了助催化劑后，可在1 7 0 ( 甚至低到1 2 0 ) 下很快聚合，本文研究以堿作引發(fā)劑進(jìn)行陰離子開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)制得單體澆鑄 尼龍6 ，1 。其機(jī)理如下： 己內(nèi)酰胺在氫氧化鈉等堿性催化劑作用下，發(fā)生如下引發(fā)反應(yīng)： t 】 0o 囂一l + 背，鼎 一i + b h l ( c h 2 ) 5 - jl ( c h 0 5 _ j ( 1 1 ) 函d 式( 1 1 ) 訂中為堿金屬化合物，b h 為水或其它副產(chǎn)物。 在高溫下，己內(nèi)酰胺陰離子進(jìn)攻另一個(gè)己內(nèi)酰胺分子上的羰基，兩個(gè)分子連 接起來(lái)生成為氨基己內(nèi)酰胺。這一步所生成的胺陰離子，與內(nèi)酰胺陰離子相比， 由于無(wú)共扼穩(wěn)定作用，比較活潑。很快奪取單體上一個(gè)質(zhì)子生成二聚體，同時(shí)再 生出己內(nèi)酰胺陰離子，如式( 1 2 ) 所示。 匕d + 吲腎鼢芑剖 o0 l ( 5 _ jl ( 廣，且 l ( 5 j 墜；j + m 托鼢c 。仁= j p m 鼢c o ，仁；j + l 一( c h 加_ jl 一( c h 加j l 一( c 加j o ( 1 - 2 ) ?；垠w為聚合必須的引發(fā)活性種。由于酰胺鍵上的碳原子活性不夠，不 容易與內(nèi)酰胺陰離子作用，使得反應(yīng)很慢。但是，在n ?；瘍?nèi)酰胺二聚體中，環(huán) 酸胺的氮原子上連接有羰基后，增加了酰胺鍵的缺電子性，因而增加了環(huán)酰胺結(jié) 構(gòu)被內(nèi)酰胺陰離子親核進(jìn)攻的活性。 生成的?；垠w氨基己酰己內(nèi)酰胺具有 7 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 oo 一c n c 一 酰亞胺結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的親電性質(zhì)，成為鏈引發(fā)的活性中心。能與酰胺陰離子進(jìn)行 反應(yīng)，進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)。 增長(zhǎng)反應(yīng)首先為再生的環(huán)內(nèi)酰胺陰離子與活性較高的n ?；瘍?nèi)酰胺二聚體 發(fā)生親核加成反應(yīng)，使n ?；瘍?nèi)酰胺環(huán)開(kāi)環(huán)，形成活性n ?；瘍?nèi)酰胺三聚體，如 式( 1 3 ) 所示，活化的三聚體又很快與單體發(fā)生質(zhì)子交換反應(yīng)，生成n ，酰化內(nèi)酰胺 三聚體及環(huán)內(nèi)酰胺陰離子，如此反應(yīng)，不斷再生出內(nèi)酰胺陰離子和活潑的n ?；?內(nèi)酰胺，導(dǎo)致鏈分子不斷增長(zhǎng)。 oo o 髓2 ( c 鼢c o h i + h 一礬( c h 2 ) 5 c o 氘h 2 ) 5 c o j h i l ( c h 0 5 一jl ( 5 _ j l ( 5 j 型嗍。d + d ( 1 3 ) 己內(nèi)酰胺陰離子聚合開(kāi)始有一誘導(dǎo)期，使得己內(nèi)酰胺陰離子引發(fā)鏈增長(zhǎng)的反 應(yīng)較慢，當(dāng)加入酰氯、酸酐或異氰酸酯類物質(zhì)作為活化劑，如乙?；簝?nèi)酰胺、 t d i 等，將大大縮短反應(yīng)的誘導(dǎo)期。這樣，如果在己內(nèi)酰胺堿催化聚合時(shí)，直接 加入n 一酰代內(nèi)酰胺類化合物時(shí)，則會(huì)大大降低反應(yīng)需要的活化能，可以在1 5 0 甚至低至1 2 0 也能夠很快進(jìn)行聚合增長(zhǎng)。根據(jù)這一現(xiàn)象，將催化劑分為引發(fā) 劑和活化劑兩種。與己內(nèi)酰胺作用生成己內(nèi)酰胺活性陰離子的稱為引發(fā)劑，加入 后能夠形成酰亞胺 o o 一c n c 一 結(jié)構(gòu)的稱為活化劑。m c 尼龍的聚合反應(yīng)在聚合物熔點(diǎn)以下進(jìn)行，聚合后期的特 征是分子量迅速增長(zhǎng)的同時(shí)，伴隨聚合物結(jié)晶和凝固。反應(yīng)中直接加入帶酰亞胺 結(jié)構(gòu)的活化劑后，使整個(gè)聚合反應(yīng)可以低溫( 1 2 0 1 5 0 ) 下快速完成【1 。避免因 繼續(xù)加熱而導(dǎo)致分子量下降的現(xiàn)象。 采用t d i 作為活化劑時(shí)，和己內(nèi)酰胺發(fā)生如下反應(yīng) 8 第一章緒論 耳 oo 摹一- o + 目lr 礬c 。吲il 一( c h 力5 _ jl ( c h 為5 _ j ( 1 4 ) r n - c = o 表示t d i ，生成物中也有 00 一c n c 一 酰亞胺結(jié)構(gòu)，成為鏈引發(fā)的活性中心，能以很快的速度與酰胺陰離子進(jìn)行反應(yīng)， 進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)： o0 r - m c 。吲i + 習(xí)一l ( c h 匐5 _ j l ( c h 匐5 - j i己nh(：()一衛(wèi)罩c(：h匕，5一量，i：三三：；：l：!i i乞nh(：()一!：fc(：目b，5塞t21：i：；：；：l：j- i r n h - co n ( c h 2 ) 5 一c - n o + r n h c 。( 警c c 颶b 星朱二蘭：i ：j + r n h co ( 品( c h 2 ) 5 蘭耒n 0 i + ( 1 5 ) 己內(nèi)酰胺陰離子聚合反應(yīng)需要催化劑和助催化劑引發(fā)生成活性陰離子。常用 的己內(nèi)酰胺陰離子催化劑是金屬鈉或其氫化物、醇鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉等。直 9 。習(xí) 巴 。爿 巴 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 接用純的堿金屬如鈉、鉀、鋰溶解在干燥的己內(nèi)酰胺體中來(lái)制備堿金屬鹽，效率 比較高。但是產(chǎn)品容易發(fā)黃，而且由于取代過(guò)程中有氫的產(chǎn)生，在較高的溫度下 易生成還原性物質(zhì)，故一般溫度須控制在1 0 0 以下。用氫氧化鈉或甲醇鈉、乙 醇鈉與己內(nèi)酰胺作用時(shí)反應(yīng)比較和緩，但是必須迅速除去生成的水或醇。與醇鈉 的作用如反應(yīng)式( 1 6 ) ，在氫氧化鈉的情況下，如果不及時(shí)除水會(huì)引起己內(nèi)酰胺的 水解，如反應(yīng)式( 1 7 ) 所示。 耳o o n a o r + 由一于蘭n 吉n 二一一i + r o h l ( c h 力5 _ jl ( c h 力5 j ( 1 6 ) 早o 一 _ i n a o h + n n h 2 ( c h 2 5 c o o n a l ( c h 為5 - j ( 1 7 ) 如此就不能產(chǎn)生活潑的強(qiáng)堿性陰離子，失去催化活性。 此外，碳酸鈉與己內(nèi)酰胺作用時(shí)加熱會(huì)脫去二氧化碳帶走微量的水分，而 所生成的己內(nèi)酰胺n 羧酸鹽 o n a o oc n 一l l ( c h 為5 - j 也能引發(fā)聚合。 內(nèi)酰胺陰離子聚合有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一、活性中心是n 酰化了的環(huán)酰胺鍵； 二、不是單體加到活性鏈上，而是單體陰離子加到活性鏈上。由于活性種和活化 單體的濃度是由引發(fā)劑濃度決定的，因而反應(yīng)速率取決于堿的濃度。同時(shí)由于質(zhì) 子交換反應(yīng)很快，增長(zhǎng)速率完全與單體無(wú)關(guān)，僅取決于活化單體的濃度即堿的濃 度。 從反應(yīng)機(jī)理可以看出，要澆出合格產(chǎn)品，必須要控制好兩個(gè)因素：一是反應(yīng) 溫度，由模具溫度和原料在反應(yīng)器中的溫度決定：二是引發(fā)劑和催化劑的濃度。 在實(shí)際生產(chǎn)中，必須根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同，制定出適合的澆鑄方法和澆鑄工藝。 1 3 5 鑄型尼龍的加工方法 l o 第一章緒論 聚合物澆鑄成形亦稱鑄塑成形，早期的聚合物鑄塑成形是由金屬的澆鑄工藝 移植而來(lái)，故傳統(tǒng)的聚合物鑄塑工藝是指在常壓下將樹(shù)脂的液態(tài)單體或預(yù)聚物灌 入大口模腔、經(jīng)聚合固化定形為制品的成形方法，這種鑄塑方法現(xiàn)在稱為靜態(tài)鑄 塑。隨著聚合物成型技術(shù)的發(fā)展，在靜態(tài)鑄塑的基礎(chǔ)上已發(fā)展了嵌鑄、離心鑄塑 和流涎鑄塑等多種用于聚合物的鑄塑新方法【1 2 1 。 ( 1 ) 靜態(tài)澆鑄 所謂靜態(tài)澆鑄，是指模具靜止地放置在烘箱( 加熱爐) 中，然后把活性單體料 澆鑄到已預(yù)熱的模具內(nèi)，繼續(xù)加熱使其聚合成型。靜態(tài)澆鑄有常壓澆鑄和壓力澆 鑄兩種，前者是常壓下在敝口模具內(nèi)物料依靠自身的重力充滿模具各個(gè)部位，常 壓澆鑄時(shí)模具內(nèi)空氣排出較困難，因而制品容易出現(xiàn)氣泡。壓力澆鑄則是物料借 助于壓力由模具底部進(jìn)入模腔，當(dāng)熔料充填模具并逐步上升時(shí)，模具內(nèi)的空氣可 以被充分排出，這樣制得的產(chǎn)品可避免氣泡或空穴的存在。但用壓力澆鑄時(shí)，由 于物料聚合時(shí)的收縮，所以要不斷的補(bǔ)充進(jìn)料和補(bǔ)縮冒口。靜態(tài)澆鑄是鑄塑成形 中較簡(jiǎn)便、使用較廣泛和實(shí)用性最強(qiáng)的成型工藝?？梢圆捎迷摲椒ㄉa(chǎn)制品的聚 合物品種有：聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等。 ( 2 ) 離心澆鑄 離心澆鑄是指將液態(tài)成形物灌入高速旋轉(zhuǎn)并可加熱的模具型腔內(nèi)，使其在離 心力的作用下充滿模腔或均勻分布在模腔壁上，而后隨之固化定形為制品的工藝 方法。與靜態(tài)澆鑄的區(qū)別在于成形過(guò)程中模具是高速旋轉(zhuǎn)的。離心澆鑄大多采用 熔融粘度低、熱穩(wěn)定性高的熱塑性熔體。離心澆鑄是借助模具的旋轉(zhuǎn)而使成形物 料成形，故離心澆鑄大多數(shù)為圓柱形或近似圓柱形，如管材、軸承、齒輪、滑輪 等。離心澆鑄成形時(shí)離心作用有利于液態(tài)物料的粘性流動(dòng)，與靜態(tài)澆鑄相比較， 離心澆鑄的優(yōu)點(diǎn)是適宜生產(chǎn)薄壁或厚壁的大型制品，制品無(wú)內(nèi)應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力很 小，同時(shí)由于成形時(shí)存在離心力的壓縮作用，制品密度、強(qiáng)度和粘度都較高，機(jī) 械加工量少。但缺點(diǎn)是成形設(shè)備較為復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，難以成形外形和結(jié)構(gòu)較 為復(fù)雜的制品。 ( 3 ) 雙向回轉(zhuǎn)成型 雙向回轉(zhuǎn)成型又稱為旋轉(zhuǎn)模塑、滾塑成型，是模具同時(shí)具備有兩個(gè)互相垂直 方向上的旋轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)單的表述為即有模具繞自身主軸線作自轉(zhuǎn)，又有繞與主軸垂直 的副軸的公轉(zhuǎn)。公、自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速都不太高，大多低于3 仉，r 血。一般來(lái)說(shuō)，制品 小，則轉(zhuǎn)速高些。根據(jù)制品的形狀，有時(shí)僅需自轉(zhuǎn)，有時(shí)公轉(zhuǎn)只作一定角度的擺 動(dòng)。適宜于回轉(zhuǎn)成型工藝的原料，大致可分為熱塑性樹(shù)脂的粉狀或糊狀料、液態(tài) 的熱固性樹(shù)脂、內(nèi)酰胺類單體等。 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 6 尼龍的應(yīng)用 鑄型尼龍用途很廣泛，主要用于代替銅、巴氏合金等有色金屬及鋼材，用作 機(jī)械設(shè)備的耐磨、傳動(dòng)、密封等零件。在冶金、國(guó)防、地質(zhì)、礦山、食品、紡織、 化工、造紙、印刷、造船、汽車、機(jī)車、醫(yī)療器械等各輕、重工業(yè)部門都獲得廣 泛應(yīng)用?？梢愿鶕?jù)需要制成各類大、小零件，從數(shù)百公斤重的渦輪到僅o 1 5 9 重 的縫紉機(jī)零件等等，制品種類很多，在當(dāng)前發(fā)展中起著越來(lái)越重要的作用。近年 來(lái)，鑄型尼龍得到十分廣泛的實(shí)際應(yīng)用，并收到很好的效果【l3 1 。 ( 1 ) 鑄型尼龍?jiān)跈C(jī)械上的應(yīng)用 從鑄型尼龍各項(xiàng)物理特性指標(biāo)可看出，鑄型尼龍作為一類特種工程塑料，可 以在許多惡劣的工作環(huán)境中使用，特別是礦山機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械。在農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)用 方面，我國(guó)工程塑料制品廠開(kāi)發(fā)出大類多種產(chǎn)品，主要有軸套類、連軸器彈性減 震塊類和密封環(huán)類，主導(dǎo)產(chǎn)品有鏈?zhǔn)酵侠瓩C(jī)臺(tái)車及各種農(nóng)業(yè)機(jī)械上的耐磨軸套， 特別是聯(lián)合收割機(jī)上的各類易損件、聯(lián)軸器。密封環(huán)類產(chǎn)品有各種油缸密封環(huán)和 防塵套，大型水泵密封環(huán)等。在制造過(guò)程中，對(duì)應(yīng)用于不同的工作環(huán)境下的制品 進(jìn)行改性處理，如軸套類產(chǎn)品，通過(guò)改性，增加其自潤(rùn)滑性能和耐磨性能，大力 提高使用壽命，為用戶節(jié)約維修成本和保養(yǎng)時(shí)間。對(duì)于減震塊類產(chǎn)品，著重提高 其韌性和抗沖擊性能，能在惡劣的工作環(huán)境中保持很高的穩(wěn)定性和較長(zhǎng)的使用壽 命，在某些使用條件下，可使機(jī)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化【1 4 1 。 目前我國(guó)不少中小船舶的艦軸系機(jī)構(gòu)形式為開(kāi)式潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，其艇軸承的材料 也多數(shù)為巴氏合金或木質(zhì)。前者需增設(shè)一青銅軸承，故而制造復(fù)雜，成本高，特 別在修換時(shí)工序多、時(shí)間長(zhǎng)，使用壽命一般在以年左右。后者又分為鐵梨木等多 種木質(zhì)軸承。由于近年來(lái)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)鐵梨木短缺且價(jià)格昂貴，一般用的較少，而其 他的木材雖可就地取材，但其含水量難以嚴(yán)格測(cè)定。有人就采用鑄型改性尼龍做 艦軸承材料，經(jīng)過(guò)改裝和應(yīng)用取得了良好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益，使用含油尼龍 做材料，比其他材料有更好的抗腐蝕、耐磨損、易切削加工、成本低等優(yōu)點(diǎn)【1 5 1 。 ( 2 ) 鑄型尼龍?jiān)谄嚬I(yè)上的應(yīng)用 我國(guó)汽車工業(yè)經(jīng)過(guò)五十年的發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)形成了年產(chǎn)超過(guò)萬(wàn)輛的生產(chǎn)能力， 2 0 0 2 年汽車產(chǎn)量達(dá)到3 3 3 萬(wàn)輛，居世界第六位。汽車工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重 要性日益凸現(xiàn)。當(dāng)前，汽車工業(yè)的主體技術(shù)正步入轉(zhuǎn)型換代的新時(shí)期，以機(jī)械技 術(shù)為主的傳統(tǒng)汽車技術(shù)將被微電子信息技術(shù)、新材料技術(shù)、新工藝技術(shù)和新能源 技術(shù)等高新技術(shù)所取代，輕量化、智能化、節(jié)能、安全和環(huán)保是當(dāng)今汽車技術(shù)的 重要發(fā)展方向。減輕汽車自身質(zhì)量是降低汽車排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最有效措 1 2 第一章緒論 施之一。世界鋁業(yè)協(xié)會(huì)的報(bào)告指出，汽車的自身質(zhì)量每減少1 0 ，燃油的消耗可 降低6 8 。塑料及其復(fù)合材料是一類重要的汽車輕質(zhì)材料，從表一可以看出， 塑料的應(yīng)用比例越來(lái)越多，它不僅可以減輕零部件約4 0 質(zhì)量，而且還可使采購(gòu) 成本降4 0 左右。近年來(lái)塑料在汽車中的用量迅速上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界汽車平均 每輛塑料用量在2 0 0 0 年就己達(dá)1 0 5 k g ，約占汽車總質(zhì)量的8 1 2 蜊1 2 j ，而在這些 塑料中，鑄型尼龍占有一定比例。 ( 3 ) 鑄型尼龍?jiān)谄渌矫娴膽?yīng)用 利用鑄型尼龍作升降吊斗，與鐵斗相比，耐腐蝕性和耐磨耗性能好，噪音小， 質(zhì)輕而不生銹。實(shí)踐證明，不僅提高壽命2 倍，減少噪音5 0 ，而且降低了驅(qū)動(dòng) 馬達(dá)的功率。王志勇【1 6 】通過(guò)對(duì)架空索道中鋼質(zhì)托繩輪在運(yùn)行中的一些缺陷的討 論，提出了采用尼龍制作的托繩輪代替鋼質(zhì)托繩輪方法，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明可收到很 好的效果，由于鑄型尼龍?zhí)赜械男再|(zhì)，使整個(gè)索道線路的噪聲大大降低，給周邊 群眾創(chuàng)造了一個(gè)好的環(huán)境。同時(shí)，索道鋼絲繩的跳槽率也大大降低( 6 0 d b ) ，由 以前的2 0 多次年，降低為1 2 次年。實(shí)踐表明，在同等條件下，當(dāng)載荷為鋼絲 繩強(qiáng)度1 1 、2 4 、3 4 時(shí)，尼龍繩輪上鋼絲繩壽命分另i 上是鋼制繩輪上鋼絲繩壽 命的1 1 倍、5 倍、3 倍，由此可見(jiàn)m c 尼龍能有效的減少對(duì)鋼絲繩的磨損，大大提 高鋼絲繩的使用壽命在食品包裝方面，由于鑄型尼龍無(wú)毒，可用于封瓶流水線中 的定時(shí)螺紋、星形輪、軸套齒輪、傳動(dòng)帶等許多方面。在鋼鐵工業(yè)和金屬加工中， 可作各種冷軋輥，用鑄型尼龍包覆輥質(zhì)輕而具有粘彈性，可以緩和碰撞時(shí)的沖擊， 防止兩種材料之間的損傷，特別是在防止噪音方面，效果尤其顯著。利用鑄型尼 龍制件的耐磨耗性能，在旋風(fēng)除塵裝置中，可以代替過(guò)去沿用的金屬除塵器，與 不銹鋼比，具有較好的耐磨性，與陶瓷相比則具有彈性，不必?fù)?dān)心破損問(wèn)題，又 容易進(jìn)行保管與操作。另外，鑄型尼龍?jiān)谏镝t(yī)學(xué)材料的研究中也有應(yīng)用m 】。 1 4m c 尼龍的改性研究 與其它的工程塑料相比，m c 尼龍具有力學(xué)強(qiáng)度高、韌性好、電性能良好、 耐磨、抗震吸音、耐油、耐弱酸弱堿及一些有機(jī)溶劑、易于成型加工等優(yōu)良的綜 合性能。例如，m c 尼龍的抗拉強(qiáng)度達(dá)9 0 m p a 以上；摩擦系數(shù)約是巴氏合金的l 3 ； 介電常數(shù)為3 4 1 0 6 赫茲。但m c 尼龍也存在著耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿性差、干態(tài)和低溫沖 擊強(qiáng)度低、吸水率大，從而影響制品尺寸的穩(wěn)定性和電性能，容易燃燒等缺陷， 這就限制了它的應(yīng)用范圍。為此，國(guó)內(nèi)外通過(guò)共聚、共混、填充、增強(qiáng)、阻燃、 分子復(fù)合等方法對(duì)m c 尼龍進(jìn)行了改性研究，從而使某些原來(lái)的通用型品種向高 性能化和高功能化改性新品種方向發(fā)展。例如，m c 尼龍回轉(zhuǎn)成型大型中空器和 1 3 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 連續(xù)聚合生產(chǎn)高分子量尼龍6 粒料技術(shù)，就使它的應(yīng)用范圍擴(kuò)大了【”j ?？偟膩?lái)說(shuō)， 改性后的m c 尼龍?jiān)诮煌ㄟ\(yùn)輸，機(jī)械工業(yè)，電子電器，家電，儀器儀表和辦公機(jī) 器，娛樂(lè)用品，醫(yī)療器具，體育用品掣1 9 】領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 m c 尼龍的改性可分為物理改性和化學(xué)改性兩種【2 0 】：m c 尼龍的物理改性就 是對(duì)m c 尼龍制品進(jìn)行處理或在體系中加入無(wú)機(jī)填料、增塑劑、抗靜電劑、阻燃 劑、成核劑等助劑，以期改善m c 尼龍的某些性能；m c 尼龍的化學(xué)改性是指從 m c 尼龍的分子鏈出發(fā)改變化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到改性的目的；m c 尼龍的化學(xué)改性 又可從改變單體結(jié)構(gòu)和改變活化劑結(jié)構(gòu)這兩方面考慮。 m c 尼龍的改性還可以按改性目的不同分為：共聚合改性、增強(qiáng)和填充改性、 增韌改性、阻燃改性、抗靜電改性等。本文按對(duì)聚合物性能的改善分述如下： 1 4 1 減少摩擦，增加耐磨性和自潤(rùn)滑性 在m c 尼龍的減摩、耐磨和自潤(rùn)滑研究方面主要是引入各種潤(rùn)滑劑的方法 【2 1 1 。所使用的潤(rùn)滑劑主要有兩類。一類是固體潤(rùn)滑劑，如石墨、聚四氟乙烯( p t f e ) 粉末、二硫化鉬( m o s 2 ) 等。劉學(xué)祿【2 2 】等使用膠體石墨作減摩劑，所制得的材料摩 擦系數(shù)和磨損量明顯下降；文獻(xiàn)【2 犯4 】分別介紹了含二硫化鉬、石墨和氮化硼的固 體潤(rùn)滑劑和含二硫化鉬、石墨的固體潤(rùn)滑劑。另一類是液體潤(rùn)滑劑，主要是油類、 油脂類、