MCPA6复合材料制备及性能分析

    刘炜彤　朱际宇　林诗韻

    【摘要】MCPA6反应时间短，聚合物粘度高，综合性能优异，在纺织、石化、机械等领域中广泛应用。但是纯MCPA6存在较高的干摩擦系数，容易出现较大体积磨损。在MCPA6材料中添加气相SiO2制备成MCPA6/气相SiO2复合材料，材料性能得到了显著提高。

    【关键词】MCPA6；气相SiO2；材料制备；材料性能

    一、实验设计

    （一）主要原料及设备仪器

    己内酰胺（济南国丞化工有限公司）；氢氧化钠（汇虹试剂厂）；N-乙酰己内酰胺（南京铭榷化工科技有限公司）；3-氨丙基三乙氧基硅烷（曲阜易顺化工有限公司）；疏水性气相SiO2（上海凯茵化工有限公司）。DF-101S型集热式搅拌器（上海皖宁精密科学仪器有限公司）DZF-6050型真空干燥箱（上海皖宁精密科学仪器有限公司）；SEM扫描电镜分析仪（上海微谱化工有限公司）WDW2型差示扫描量热仪（上海盈诺精密仪器有限公司）；TG029F1型热重分析仪（上海盈诺精密仪器有限公司）。

    （二）试样制备

    将一定量己内酰胺称取好，放置到三口烧瓶，氮气保护下施行加热搅拌直至熔融，在140℃下经过30min抽真空将体系内杂质及微量水去除；之后加入0.6%氢氧化钠（催化剂），添加后搅拌溶解；再分别添加0%、0.5%、1%、1.5%、2%及2.5%的疏水性气相SiO2及KH550，材料充分搅拌后真空去杂；随后添加0.3%N-乙酰己内酰胺，混合均匀后注入到预热好的模具内，同时在烘箱进行0.5h保温，室温冷却后得到相应标准试样。

    （三）测试

    对MCPA6/气相SiO2复合材料微观形貌、结晶度、热稳定性能等进行测试，其中结晶度需按照如下公式进行测试：

    Xc =（ΔHm /ΔHm*）×100% （1-1）

    其中，ΔHm ——表示的是样品熔融焓；

    ΔHm*——表示的是样品在完全结晶状态下的熔融焓，对于PA6来说多为190J/g。

    二、MCPA6复合材料性能分析

    （一）微观形貌

    对不用用量MCPA6/气相SiO2复合材料微观形貌进行分析，当用量为0.5%时，疏水性气相SiO2在MCPA6内自中心向四周均匀扩散，而当用量达到2.5%时，疏水性气相SiO2在MCPA6内呈密集性分布，断面粗糙，局部会有团聚现象存在，证明疏水性气相SiO2如果用量过大的话，MCPA6材料会出现脆性断裂。

    （二）结晶度

    当温度为175.3℃，气相SiO2用量为0的时候，结晶度为23.6%，随气相SiO2用量逐渐增加，结晶度逐渐上升，当温度为178℃，气相SiO2用量达到2.0%的时候，结晶度达到最高值27%，而当气相SiO2用量达到2.5%的时候，结晶度略有下降，达到24.3%。过多气相SiO2用量会扰乱MCPA6材料内分子链的有序排列，不利于结晶。

    （三）热稳定性能

    当气相SiO2用量≥1%的时候，MCPA6/气相SiO2复合材料分解的起始温度出现了明显升高，从最初用量为0时的312.2℃，提高至348.7℃；而当气相SiO2用量达到2.5%的时候，MCPA6/气相SiO2复合材料分解的起始温度达到最高值411℃，失重速率最大时的分解温度为462.7℃，比纯MCPA6材料分别提高99℃及38℃，MCPA6/气相SiO2复合材料热稳定性显著提高。

    （四）吸水性能

    当气相SiO2用量为0的时候，MCPA6材料分解吸水率为3.9%，添加气相SiO2后，MCPA6/气相SiO2复合材料吸水率出现一定程度降低，当气相SiO2用量为0.5%的时候，MCPA6/气相SiO2复合材料吸水率达到最低3.3%，随后随着气相SiO2用量的增加，MCPA6/气相SiO2复合材料吸水率逐渐增加，当气相SiO2用量为2.5%的时候，MCPA6/气相SiO2复合材料吸水率达到3.6%，但仍低于MCPA6材料的3.9%。对其原因进行分析可能为：气相SiO2用量较低的时候，气相SiO2能促进聚合物结晶，结晶区分子链成锯齿状排列；非结晶区分子链中的氨基、羧基会同水分子间形成氢键，水分子间的相互作用减少。而随气相SiO2用量增加，气相SiO2则对MCPA6材料聚合起到阻碍作用，从而使MCPA6/气相SiO2复合材料吸水率出现一定程度上升。

    （五）力学性能

    随气相SiO2用量增加，MCPA6/气相SiO2复合材料拉伸强度、断裂伸长率及缺口冲击强度都呈现出先升高后下降的一个趋势，当气相SiO2用量达到1.0%的时候，MCPA6/气相SiO2复合材料拉伸强度、断裂伸长率及缺口冲击强度都达到最高值，之后逐渐下降，到2.5%的时候达到最低值。

    三、结论

    总之，在MCPA6材料内加入气相SiO2，形成MCPA6/气相SiO2复合材料，材料结晶度提高，当气相SiO2用量达到0.5%时，材料吸水性最低；MCPA6/气相SiO2复合材料热稳定性提高幅度大，当气相SiO2用量达到2.5%时，材料热稳定性最高；而随气相SiO2用量增加，MCPA6/气相SiO2复合材料拉伸强度、断裂伸长率及缺口冲击强度都呈现出先升高后下降的一个趋势，当气相SiO2用量达到1.0%的时候，材料力学性能最佳。

    参考文献

    [1]梁杰铭，林志勇，周雪梅，等.MCPA6/改性聚硅氧烷复合材料的摩擦磨损性能[J].工程塑料应用，2015，43（05）：93-96.

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    [3]张彭风，林毅利，林志勇，等.PANF/MCPA6原位复合体系的结构与性能[J].塑料，2014，43（06）：52-54.