关于《高分子物理》理论教学与生产实践相结合的思考——以“高强度尼龙66纤维生产”为例

尼龙66(PA66)纤维生产过程中涉及《高分子物理》课程中聚合物的分子量及其分布、凝聚态结构、分子热运动、黏弹性、流变性等章节内容,非常适合作为教学案例。本文探讨如何将高强度尼龙66纤维生产过程涉及的高分子物理知识点与课程教学相结合进行案例教学,重点分析生产过程中不同工艺参数对PA66纤维结构与性能的影响,并结合课程内容讨论如何通过优化生产工艺进一步提升PA66纤维的断裂强度。通过该案例的教学能够帮助学生理解和掌握《高分子物理》中的专业知识点,提高工程实践能力和创新能力。

尼龙66工业长丝的纺丝工艺及关键影响因素探究

尼龙66工业丝作为一种重要工业纤维其性能在生产过程中受多种因素影响。首先概述了尼龙66纤维的特点及应用范围,然后介绍了尼龙66的分子结构特征、凝聚态结构特征与性能,接着详细阐述了尼龙66工业丝的生产工艺和生产装置,包括连续缩聚直接纺丝和间歇缩聚固相缩聚纺丝这两种工艺。重点探讨了影响尼龙66工业丝生产的关键因素及作用规律,包括尼龙66聚合物的分子量、切片含水量及可提取物含量、纺丝箱温度、纺丝组件滤材和滤网、侧吹风冷却工艺、给湿、上油工艺、纺丝速度、卷绕工艺、拉伸工艺、网络度、纺丝环境条件等,并给出了最佳的工艺参数范围。最后总结了尼龙66纤维在中国的发展前景和市场潜力。

560 dtex/72 f三叶形阻燃尼龙66 FDY生产工艺探讨

以相对黏度2.28的尼龙66切片为原料,共混添加氮系阻燃剂三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)质量分数50%的阻燃母粒,在切片纺生产线上通过熔融纺丝生产560 dtex/72 f三叶形阻燃尼龙66全拉伸丝(FDY),探讨了主要生产工艺条件。结果表明:较佳的生产工艺条件为添加阻燃母粒质量分数5%,采用18孔喷丝板、三叶形喷丝孔呈菱形排布,熔体管道温度270℃,纺丝箱体温度281℃,侧吹风速度0.5~0.6 m/s,第三热辊温度190℃,卷绕速度2600~2800 m/min;在较佳生产工艺条件下,生产过程稳定,产品优等品率为91%、满筒率为82%,纤维具有良好的力学性能及阻燃性能,其断裂强度4.4 cN/dtex、断裂伸长率40.7%、干热收缩率6.1%、条干不匀率1.2%、极限氧指数27.5%。

83 dtex/24 f阻燃尼龙66纤维的制备及性能研究

以相对黏度2.52的尼龙66切片为原料,以相对黏度2.75的阻燃母粒为改性剂,采用在线添加方式将阻燃母粒与尼龙66切片共混并熔融纺丝,制备83 dtex/24 f阻燃尼龙66纤维,分析了阻燃母粒的有效成分,着重研究了阻燃母粒添加量及纺丝温度对纤维阻燃性能及力学性能的影响。结果表明:阻燃母粒的基体为尼龙66,有效阻燃成分为氮和磷;随着阻燃母粒添加量的增加,纤维的极限氧指数(LOI)提高,但添加阻燃母粒质量分数大于5%后,LOI提升幅度不大,且可纺性变差;随着纺丝温度的提高,纤维断裂强度先增后降,在纺丝温度285℃时断裂强度达到最大;在添加阻燃母粒质量分数5%、纺丝温度285℃、纺丝速度3200 m/min、拉伸倍数2.7的较佳工艺条件下,制备的83 dtex/24 f阻燃尼龙66纤维具有良好的阻燃性能和力学性能,断裂强度为4.16 cN/dtex,LOI为32.3%。

PA66阻燃改性研究进展

尼龙66(PA66)材料的阻燃改性对进一步拓展其应用具有重要意义。简述了PA66的阻燃策略与评价方法。详细总结了PA66阻燃改性的研究进展,包括共混改性、本体阻燃和表面处理等。探讨了阻燃PA66的研究趋势、面临的主要挑战及未来发展前景。

纤维增强改性PA66电力护栏材料的研制

以尼龙66(PA66)为基体,分别加入2种纤维、3种增韧剂以及经硅烷偶联剂处理后的石墨烯、抗氧剂、紫外线吸收剂、铜盐热稳定剂等其它助剂,通过共混挤出制备纤维增强改性PA66复合材料,研究了不同纤维、不同增韧剂和其它助剂对PA66复合材料的力学性能和老化性能的影响。结果表明,混杂纤维[碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)]总质量分数为30%时,随着CF含量的增加,PA66复合材料的力学性能有明显提高,CF质量分数在10%时,弯曲强度增加30%以上。增韧剂可以大幅提高复合材料的缺口冲击强度,增韧效果依次为自制增韧剂、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐,其中自制增韧剂质量分数为9%时,缺口冲击强度可提高20%以上。硅烷偶联剂处理后的石墨烯可提高复合材料的弯曲弹性模量,大大提高制品尺寸的稳定性。抗氧剂、紫外线吸收剂和热稳定剂的加入,提高了复合材料的老化性能,抗氧剂、紫外线吸收剂、铜盐热稳定剂质量分数分别为0.2%,0.3%和0.1%时,效果最佳。以CF,GF、自制增韧剂、硅烷偶联剂处理的石墨烯、抗氧剂、紫外线吸收剂、热稳定剂以及和PA66的质量分数分别为10%,20%,9%,0.6%,0.2%,0.3%,0.1%,59.8%制成的改性PA66经200h老化后其力学性能分别达到弯曲强度为271MPa,拉伸强度为255MPa,缺口冲击强度为24kJ/m^(2),弯曲弹性模量为22GPa。用该材料制成的塑料电力护栏经家庭轿车等不同车型的碾压,完好无损。

中细旦尼龙66 FDY网络度偏低的原因及改进措施

采用熔体直接纺丝工艺路线生产中细旦尼龙66全拉伸丝(FDY),分析了FDY网络度偏低的原因,并提出了改进措施。结果表明:尼龙66 FDY网络度偏低的原因主要有网络器、预网络器、纺丝工艺、纺丝油剂、油剂添加剂等;通过选择合适的网络器、安装预网络器、优化网络压力及纺丝速度、选择合适的纺丝油剂及添加渗透剂等措施,可以有效提高尼龙66 FDY的网络度;以生产466 dtex/70 f尼龙66 FDY为例,使用瑞士赫伯利纤维技术公司的HJ230网络器及预网络器,控制纺丝速度2800 m/min、网络压力0.40 MPa,使用日本松本油脂制药株式会社的N-4AS纺丝油剂,可以有效提高纤维的网络度,纤维的网络度达27.8个/m,上油率达0.79%。

加工工艺对短切碳纤增强尼龙66力学性能的影响

研究了在主/侧喂料加纤工艺下,同向啮合双螺杆挤出机不同螺杆组合对所制备的质量分数为30%的短切碳纤维增强尼龙66复合材料性能的影响。通过电子扫描显微镜和光学显微镜,对复合材料的微观结构和保留纤维长度进行了观察。结果表明:主喂料加纤工艺下,碳纤维加工历程更长,受到螺杆的剪切作用更强,保留纤维长度更短,材料力学性能更差;通过优化侧喂料加纤工艺混合段螺杆组合,降低碳纤维受到的剪切作用,可有效提高复合材料的力学性能。使用长度更长的短切碳纤维原料,可使复合材料的保留纤维长度更长,有助于改善复合材料的性能。

尼龙-66与衣康酸的接枝共聚反应

以过硫酸钾/硫酸为引发剂,使尼龙 66 纤维与衣康酸进行接枝共聚。研究了尼龙 66 纤维接枝率与硫酸浓度、过硫酸钾浓度、衣康酸浓度、反应温度、时间和预处理时间之间的关系。实验结果表明,硫酸浓度为0.5 mol/L,反应温度50℃,反应时间40 h时,接枝率较高,预处理时间对接枝率也有较大影响。

尼龙66纤维与丙烯酸的接枝共聚反应研究

以高锰酸钾／硫酸为引发剂，用尼龙６６纤维与丙烯酸进行接枝共聚。研究了尼龙６６纤维接枝率与硫酸浓度、高锰酸钾浓度、丙烯酸浓度、反应温度和时间、预处理时间之间的关系。实验结果表明，硫酸浓度为０．２ｍｏｌ／Ｌ，反应温度６０℃，反应时间４ｈ时，接枝率较高，尼龙６６纤维的预处理时间对接枝率影响也较大。

玄武岩纤维增强尼龙66复合材料的制备与性能研究

采用熔融挤出法制备了尼龙66/玄武岩纤维复合材料,通过力学性能测试、扫描电子显微镜观察及固体流变仪分析等方法研究了偶联剂种类及含量、玄武岩纤维含量对复合材料力学性能、加工性能和动态力学性能的影响。结果表明,偶联剂KH550对改善复合材料的力学性能效果最佳,且随偶联剂KH550含量的增加,复合材料的力学性能先增大后降低;在实验范围内,随着玄武岩纤维含量的增加,复合材料的力学性能显著提高,熔体流动速率降低。

碳纤维增强尼龙PA6T/66共聚物复合材料的制备及性能研究

利用双螺杆挤出机熔融共混的方法制备了不同含量的碳纤维(CF)与尼龙共聚物(PA6T/66)复合材料,通过差示扫描量热仪、热重分析仪、扫描电子显微镜和力学性能测试研究了该复合材料的热性能、力学性能和断面形态结构。结果显示,复合材料的起始分解温度均在400℃以上,熔点都在300℃左右。随着CF含量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都相应增加,当CF质量分数达到40%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别达到最大值:226.1 MPa、354.7 MPa、54.1 k J/m2。

胺肟基尼龙66纤维的制备及其对模拟核工业废水中铀的选择性吸附

结合辐射接枝聚合和化学修饰,通过三步处理,成功地制备了偕胺肟化尼龙66纤维。通过傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)仪和扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)对初始的和修饰后的尼龙66纤维进行化学结构和微观形貌表征。结果表明,偕胺肟基团以共价方式连接到尼龙66纤维上。通过模拟核工业废水的吸附研究表明,PA66-g-PGMA-IDPAO纤维对铀酰离子有高的吸附效率(91.3%)和吸附选择性,具有巨大的潜在工业应用价值。

高流动性PA6在GF增强PA66体系中的应用

以尼龙(PA)66和高流动性PA6为基体树脂,采用熔融共混方法制备了PA66/高流动性PA6/GF复合材料,考察了高流动性PA6用量对复合材料的结晶熔融行为、热变形温度(HDT)、熔体流动速率(MFR)、表面性能和力学性能的影响。结果表明,在GF质量分数为40%的情况下,当高流动性PA6用量不高于基体树脂总质量的20%时,复合材料表现出PA66的结晶熔融行为特征,HDT随高流动性PA6用量的增加略有下降;随高流动性PA6用量增加,复合材料的MFR显著提升;当高流动性PA6用量达到基体树脂总质量的20%时,复合材料制品表面浮纤问题得到解决,此时复合材料的拉伸和弯曲强度与未加高流动性PA6时相当,简支梁和悬臂梁缺口冲击强度则分别提高了17.6%和16.4%,MFR为18.3 g/10 min,较未加高流动性PA6时提升1倍,具有最佳的综合性能。

酰胺链硅烷界面结合剂对尼龙66/玻纤复合材料性能的影响

采用熔融挤出共混制备了尼龙66(PA66)/玻璃纤维(GF)复合材料,比较了常用硅烷偶联剂KH550与不同有机酸封端的酰胺链硅烷界面结合剂(ASI)对复合材料的力学性能、动态力学性能及界面层结构的影响,探究了复合材料中界面层形成的机理。结果表明,ASI与玻纤表面反应发生了化学反应,ASI添加量为1.5%时,对PA66/GF复合材料的力学性能改善效果最明显,其中,以对苯二甲酸封端,相对分子质量为2000左右的PTA-ASI使PA66/GF复合材料的界面能力提升最高,拉伸强度提高了54.8%,复合材料的综合性能提高最为显著。

PA66/RTMB/GF复合材料的结构与力学性能研究

采用玻璃纤维(GF)、反应性增韧母料(RTMB)与PA66热机械反应性共混制备出了PA66/RTMB/GF复合材料。用IR、SEM、力学性能测定等方法研究了PA66/RTMB/GF复合材料的化学结构、断面形态及力学性能。结果表明:PA66/RTMB/GF中RTMB、GF和PA66间形成了化学键连接,GF和PA66间呈柔性界面结合;PA66/RTMB/GF质量比为60/10/30的复合材料的拉伸屈服应力、弯曲弹性模量、悬臂梁缺口冲击强度分别提高到原料PA66的1.73倍、2.72倍、3.86倍。

耐水解玻璃纤维增强尼龙66的制备及性能研究

制备了长玻璃纤维(LGF)和短玻璃纤维(SGF)增强尼龙66(PA66),考察了GF、GF分散剂、耐水解改性剂(MPP)对增强PA66性能的影响。结果表明,选择SGF可获得较好力学性能和表面质量的增强PA66;随着SGF含量的增加,材料的拉伸强度、弯曲强度有大幅度的提高,冲击强度则先升高后降低;GF分散剂的加入改善了材料的表面质量;MPP的加入使材料的耐水解性有明显提高。

高抗冲玻纤增强尼龙-66的研制

研究了尼龙 66/玻璃纤维/增韧剂共混材料的力学性能。结果表明随玻纤含量的增加,材料的拉伸强度、弯曲强度有大幅度的提高,冲击强度则较为复杂,增韧剂加入,材料的韧性大幅度的提高。添加 3 0 %～ 3 5 %的玻纤,8%～ 12 %的增韧剂,材料的综合力学性能最佳。

玻璃纤维增强PA66制品翘曲变形的研究

针对玻璃纤维增强尼龙66(PA66/GF)注射成型制品存在的翘曲变形缺陷,运用MoldflowMPI软件对PA66/GF进行了注射成型模拟分析。结果表明,GF的取向是影响PA66/GF注射成型制品翘曲变形的主要原因;增加制品厚度或增设浇口均可有效减小制品的翘曲变形。

碳纤维增强尼龙66复合材料的制备及性能

采用双螺杆挤出机熔融共混法制备了碳纤维(CF)增强尼龙66复合材料(PA66/CF),对其结构进行了表征,并研究了其力学性能。扫描电镜照片显示,在PA66/CF复合材料中,CF与PA66基体充分粘结在一起,其微观形貌表明,体系中碳纤长度为0.5~0.7 mm。力学性能测试发现,与尼龙66相比,PA66/CF复合材料各项力学性能指标均有大幅度提高。当加入4束碳纤维时,PA66/CF复合材料力学性能最佳,该复合材料的拉伸强度为200.2 MPa,与PA66相比提高了113.2 MPa;弯曲强度为280.2 MPa,比PA66提高了190.3 MPa;弯曲模量为13560.8 MPa,比PA66提高了10628.7 MPa;冲击强度为14.8 kJ/m^2,比与PA66提高了6.3 kJ/m^2。该PA66/CF复合材料密度较小、力学性能优良,可以广泛应用于风电叶片、发动机罩盖、仪表盘、车尾门等产品当中。