玻璃纤维增强生物基PA10T复合材料的制备及性能研究

由癸二胺和对苯二甲酸缩聚而成的新型生物基半芳香族聚酰胺材料--聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T),其生物基质量分数为40%~60%,碳排放优势明显,可以满足可持续发展需要。以PA10T作为基体树脂,玻璃纤维(GF)作为增强材料,通过熔融挤出法制备了一系列GF增强PA10T复合材料,并对材料的力学性能进行了研究。结果表明:随着GF增强体含量的逐渐增加,所制备的GF增强PA10T复合材料的拉伸强度、弯曲模量和缺口冲击强度均逐渐增加。当GF增强体的添加质量分数为35%时,所制备的PA10T复合材料(PA10T-GF35)的拉伸强度为194.8 MPa,弯曲模量为10246.8 MPa,缺口冲击强度为8.8 kJ/m^(2)。此外,对PA10T-GF35复合材料的非等温结晶性能、耐冷冻液性能和加工性能进行了相关研究,结果表明:相较于聚酰胺66(PA66)和聚对苯二甲酰己二胺/聚酰胺66共聚物(PA6T/66),PA10T作为基体树脂所制备的PA10T-GF35复合材料展现出更好的耐冷冻液性能;同时,添加CYD-819可以明显改善PA10T复合材料的加工流动性能。

熔融缩聚耐高温PA10T/10I的非等温结晶动力学研究

采用癸二胺、对苯二甲酸和间苯二甲酸为原料,通过熔融缩聚法制备了耐高温共聚酰胺10T/10I(PA10T/10I),并通过差示扫描量热仪对不同PA10I单元含量的PA10T/10I的非等温结晶动力学进行了研究。结果表明:随着PA10I单元含量的增加,在相同降温速率下,PA10T/10I聚合物结晶峰温度降低,相对结晶度增大;在较低的降温速率下,结晶时间缩短,但降温速率较高时,结晶时间又有所延长。通过Jeziorny法处理发现PA10T/10I成核可能同时包含均相成核和异相成核,PA10I单元质量分数超过5%后,结晶前期晶体增长速率较快,后期晶体生长空间缩小,生长向低维转变;通过Mo法处理发现随着PA10I单元含量增加,PA10T/10I结晶速率加快,可在较低的降温速率下获得较高的相对结晶度;通过Kissinger理论得到PA10T/10I非等温结晶活化能绝对值随着PA10I单元含量增加逐渐减小,结晶变得较为容易。

不同比例PA10T/PA6T/66合金的性能研究

采用双螺杆挤出机制备了尼龙(PA)10T/PA6T/66合金,用差示扫描量热仪(DSC)、红外(IR)以及毛细管流变仪等仪器详细表征了不同比例合金的熔融结晶行为和流动性的变化。结果表明,添加PA6T/66,由于酰胺交换反应的发生破坏了PA10T分子链的规整性,熔点与结晶温度降低;随着PA6T/66添加比例的增加,熔体剪切黏度呈递减趋势。

含六元脂环耐高温聚酰胺PA10T/10C合成与表征

半芳香耐高温聚酰胺被广泛应用于LED支架材料,但耐紫外光老化性能差的缺点限制了其在大功率高端LED支架材料领域的推广。为进一步提高半芳香耐高温聚酰胺的耐紫外光老化性能,在聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T)的基础上,以1,4–环己烷二甲酸取代对苯二甲酸,制备了含六元脂环的生物基聚酰胺PA10T/10C系列聚合物,红外和核磁碳谱检测结果表明成功制备了目标产物。热性能和力学性能测试结果表明,由于六元脂环对分子链规整性和刚性的双重作用,导致PA10T/10C系列聚合物的熔融和结晶温度、拉伸强度和弯曲强度等力学性能随着六元脂环含量高呈现出先下降后上升的趋势。光学性能分析结果表明,随着六元脂环含量提高,聚合物的透光率逐渐升高,由钛白粉填充改性后的聚合物具备优异的初始反射率,并且其紫外光老化后的反射率显著提高,特别适用于LED反射支架领域。

半芳香族耐高温PA10T/1010的非等温结晶动力学研究

利用对苯二甲酸、癸二胺、癸二酸合成了聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T)和聚酰胺(PA)1010的共聚物PA10T/1010,通过差示扫描量热法研究了PA10T/1010的非等温结晶动力学,结果表明随着降温速率的增加,结晶温度和熔点不断降低,同时结晶温度的范围变宽,结晶所需时间减少。用Jeziorny法描述了PA10T/1010的非等温结晶过程,发现其结晶过程分为两段,晶体生长方式在前期为二维盘状生长,后期为多维生长。通过Mo法描述了PA10T/1010的非等温结晶动力学,发现降温速率越大,在单位时间内PA10T/1010所能达到的相对结晶度越高。最后通过Kissinger方法计算得到PA10T/1010非等温结晶活化能为–171.47 k J/mol。

玻纤含量对PA10T/1010复合材料性能的影响

在尼龙(PA)10T/1010中加入玻纤制备玻纤增强PA10T/1010复合材料,通过力学性能测试、X射线衍射测试、差示扫描量热分析、热变形温度测试、热重分析等手段对PA10T/1010复合材料进行表征,考察了玻纤含量对PA10T/1010复合材料力学性能、结晶性能、热稳定性等的影响。结果表明,随着玻纤含量的增加,PA10T/1010复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能得到明显改善,热稳定性明显提高,但结晶性能没有改变。玻纤的加入使PA10T/1010的用途更加广泛,可用于汽车行业、电子行业以及航空航天领域。

动态顶空进样–气质联用法分析PA10T树脂的可挥发性组分

采用动态顶空进样-气质联用法对半芳香族尼龙树脂PA10T进行了分析。结果表明:在加工温度条件下,PA10T树脂中主要挥发组分有15种,主要为醛类、烃类、腈类、芳环类物质和少量含氮环状物质。该方法快速,准确,可以作为PA10T树脂品质控制用检测方法。

原位聚合阻燃耐高温尼龙PA10T10DDP的合成和性能

将反应型磷系阻燃剂[(6-氧代-6H-二苯并[C,E][1,2]氧磷杂己环-6-基)甲基]丁二酸(DDP),以原位聚合的方式共聚到耐高温尼龙聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T)的主链中,得到原位聚合阻燃耐高温尼龙PA10T10DDP,通过优化聚合反应工艺,提高PA10T10DDP的分子量。PA10T10DDP的傅里叶变换红外光谱表明,DDP成功接入PA10T的主链中;在热学性能方面,PA10T10DDP初始热分解温度仍高于380℃,具有较好的热稳定性和相对较低的熔点;极限氧指数(LOI)和垂直燃烧法阻燃等级测试结果表明,与共混阻燃改性PA10T相比,PA10T10DDP阻燃性能明显提升,阻燃剂DDP质量分数为8.5%时,PA10T10DDP阻燃等级为V-0级,LOI为35%。通过分析燃烧后的炭层,可以将PA10T10DDP优异的阻燃性能归结为气相阻燃和凝聚相阻燃的协同作用。采用扫描电子显微镜对PA10T10DDP冲击断面进行观察,发现断面均匀,无阻燃剂的团聚和析出,实现分子级别的阻燃改性,因此,PA10T10DDP的力学性能与PA10T相接近,阻燃剂DDP的引入对力学性能的影响较小。

高温尼龙PA10T改性研究最新进展

聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T)是我国自主开发的一种新型生物基耐高温尼龙,具有优异的力学性能、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性、耐化学腐蚀性、抗水解性和良好的加工性能,且吸水率低,应用前景广阔,是近几年发展较快的一种特种工程塑料。对PA10T的改性研究一直是学术界和产业界关注的重点,本文综述了2015——2020年间国内外关于PA10T改性研究最新发展情况。主要从制备方法(原位共聚、熔融共混、协同改性)和性能(结晶、力学、热氧老化、阻燃、流变、透光和综合性能)等方面重点阐述,详细分析了PA10T科研和产业发展现状,并展望了PA10T的未来改性发展方向和潜在应用领域。

生物基长碳链PA10T/10I的合成与表征

以癸二胺(从植物蓖麻油中提取)、对苯二甲酸和间苯二甲酸为原料,水为溶剂,通过"一锅法"合成了共聚酰胺10T/10I(PA10T/10I)。利用乌氏黏度计、傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪、热重分析仪对聚合物的结构和热性能进行了表征。结果表明:PA10T/10I热性能优异,在PA10I含量为25%时,PA10T/10I的起始分解温度为350℃,熔点为280.91℃。在保证优异热性能的同时,有效地降低了熔点,扩宽了加工窗口。

阻燃型玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化行为及热降解动力学

研究了不同热氧老化温度(160℃、200℃和240℃)和时间(0~50d)对溴化环氧树脂/Sb2O3协效阻燃短玻纤增强尼龙10T复合材料(PA10T/GF/FR)的热氧老化行为以及热降解动力学的影响。采用力学性能测试、SEM、DMA和TGA分析对老化前后复合材料的动静态力学、微观形貌以及热降解行为进行研究,并使用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa两种方法计算了复合材料的热降解活化能。结果表明:老化过程中基体树脂降解分子量降低,纤维与基体界面性能恶化,复合材料力学性能下降;160℃老化过程部分PA10T分子链发生交联反应,储能模量和玻璃化转变温度(Tg)增加,200℃和240℃下Tg先上升后下降,老化后期树脂分子链以降解为主;活化能计算表明160℃老化50d后复合材料热稳定性提升,200℃老化50d以及240℃老化30d后,复合材料结构破坏严重,热降解行为变化显著。此外,阻燃剂的添加能够提升老化试样的热稳定性。

半芳香族聚酰胺合成与改性研究进展

查阅了近几年耐高温半芳香族聚酰胺(PA)方面的文献,综述了半芳香族PA中PA4T,PA6T,PA9T,PA10T,PA12T的合成,介绍了以这些半芳香族PA为基体的各项改性研究,并阐述了这些研究对后续的研究或生产工艺开发的意义和作用。最后对半芳香族PA的合成工艺优化与改性研究的方向进行了展望,指出了半芳香族PA在发展的过程中需要完善的方面和需要解决的问题。

耐高温尼龙10T的研究进展（英文）

本文按时间顺序综述了国内有关高校及科研机构对聚对苯二甲酸癸二胺(PA10T)的合成及改性研究情况。结果表明:出于对某种特定性能的需求,研究主要从共聚改性、共混改性及填充改性三个方面着手。分析了研究存在的问题,并对PA10T的发展前景进行了分析和展望。

短玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化性能

通过熔融共混法制备短玻纤增强尼龙10T(SGF/PA10T)复合材料,采用DSC、DMA、红外光谱、力学测试等表征方法对240℃下SGF/PA10T的热氧老化性能进行研究。结果表明:热氧老化使SGF/PA10T的初始结晶温度有所增加,玻纤与PA10T基体之间的界面作用减弱,阻尼性能下降;随着热氧老化时间的延长,复合材料的玻璃化转变温度先增加后减小,通过Arrhenius方程对SGF/PA10T发生玻璃化转变时的活化能进行计算,结果进一步证明热氧老化影响分子链的活动能力,并且PA10T分子链在老化初期发生微交联;同时热氧老化显著降低SGF/PA10T的力学性能,当老化天数为50d时,拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度保持率分别为18.4%,9.8%和37.7%。

半芳香族耐热性共聚酰胺的合成及性能

以癸二胺、己二胺和对苯二甲酸为主要原料,通过一步熔融缩聚法合成了半芳香族共聚酰胺聚对苯二甲酰癸二胺/己二胺(PA10T/6T),采用核磁共振碳谱确认了其结构。在此基础上,通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪和热重分析仪对其熔融温度、结晶温度、晶体生长方式、结晶活化能、结晶度以及热稳定性进行了测试分析研究。结果显示,PA10T/6T具有较宽的加工窗口,当PA6T链段的物质的量分数达到10%,30%和50%时,PA10T/6T熔融温度较PA10T分别下降了10.97,37.41,7.8℃;PA6T链段的引入并没有改变聚合物的晶体生长方式且对聚合物的热稳定性没有明显影响;随着PA6T链段含量的增加,聚合物的结晶温度、熔融温度、结晶活化能的绝对值以及结晶度均呈先降低后升高的趋势,这是聚合物分子链结构和聚合物晶体完整性综合影响的结果。

聚对苯二甲酰癸二胺导热复合材料性能的研究

通过双螺杆挤出机制备出石墨/聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T)和石墨烯/PA10T导热复合材料,研究了石墨和石墨烯对复合材料力学性能和导热性能的影响。研究发现:导热复合材料的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度随着导热填料含量的增加呈现先增大后减小的变化,而弯曲模量和导热系数随导热填料含量的增加而增加。与石墨相比,添加更少量的石墨烯即可以显著提高复合材料的力学性能和导热性能。

尼龙10T的流变行为研究

采用Haake高压毛细管流变仪研究了聚对苯二甲酰癸二胺(尼龙10T)的流变行为,得到了熔体表观黏度与温度、切应力、剪切速率的流变曲线以及切应力与剪切速率的关系。结果表明,尼龙10T是非牛顿假塑性流体,表观黏度与温度关系符合Arrhenius方程,随温度升高,非牛顿指数变大,在315～335℃范围内,其非牛顿指数n为0.6499～0.7000;在剪切速率为199.8～3000s-1时,其黏度值受温度影响较大,即实现黏度降低,升高温度远比增大切应力所得效果明显。。

基于正交试验的气缸罩盖精分离器形位公差控制

基于Moldflow分析对某玻纤增强PA10T材料的气缸罩盖精分离器的注塑成型过程进行模拟,考虑产品局部平面度和轴倾斜角,设计正交试验探究工艺参数的优化方案。通过Moldflow高级浇口定位器,确定最佳的浇口位置。结果表明:基于初始工艺参数,所有效应下的最大翘曲变形量为0.263 mm,对应局部平面度为0.164 6 mm,局部最大轴倾斜角为1.218°,不满足设计指标要求。通过正交试验分析工艺参数对平面度影响程度为:保压压力>v/p切换时的体积>熔体温度>注射时间>模具温度;对轴倾斜角的影响程度为:保压压力>注射时间>模具温度>熔体温度>v/p切换时的体积。综合分析得到最优的工艺参数组合为A_(4)B_(3)C_(1)D_(2)E_(3),相比初始工艺结果,所有效应的最大翘曲变形降低51.6%,局部平面度降低47.0%,局部轴倾斜角降低35.7%,实际试模状态验证其可行性。