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玻纖+尼龍注塑加工的福音？詳解樹(shù)枝狀聚合物
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一 玻纖+尼龍難以注塑加工怎么辦？ |
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年國(guó)內(nèi)尼龍切片產(chǎn)量超過(guò)325萬(wàn)噸，尼龍用量在工程塑料中位居第一！尼龍材料由于高度對(duì)稱和氫鍵等效應(yīng)，具有很高的結(jié)晶度，從而具備非常優(yōu)異的力學(xué)性能。因此，注塑級(jí)玻纖增強(qiáng)尼龍大量應(yīng)用于汽車(chē)、電子等高科技行業(yè)。
然而，尼龍?jiān)谔砑硬＠w等增強(qiáng)材料時(shí)，熔融指數(shù)小，難以注塑加工；這對(duì)尼龍制品的尺寸穩(wěn)定性和表面效果產(chǎn)生很大的影響！
圖：塑料制件中“浮纖”現(xiàn)象，來(lái)源于尼龍工程塑料技術(shù)微論壇
如何才能降低尼龍的注塑加工難度？威海晨源分子新材料有限公司研發(fā)生產(chǎn)出第四代新型高分子材料—樹(shù)枝狀聚合物。該聚合物是一種流動(dòng)改善劑，它既能成倍地增加尼龍的熔指，又可以避免力學(xué)性能的降低。
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二 為何樹(shù)枝狀聚合物能改善流動(dòng)性？ |
20世紀(jì)80年代初，樹(shù)枝狀聚合物由美國(guó)化學(xué)家Tomalia DA博士發(fā)明并成功合成。近10多年來(lái)，樹(shù)枝狀聚合物由于以上特點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到很多的應(yīng)用，包括納米級(jí)生物傳感器、納米級(jí)催化劑等。其實(shí)樹(shù)枝狀聚合物在高分子材料加工還有更廣闊的應(yīng)用，比如：降低熔體粘度、改善流動(dòng)性、提高顏填料的分散性、利于吹膜等。
為什么說(shuō)樹(shù)枝狀聚合物能改善尼龍的加工流動(dòng)性？我們來(lái)舉個(gè)例子：有兩份平均分子量相同的線性聚合物（稱為A）和樹(shù)枝狀聚合物（稱為B），如下圖所示：
圖：線性聚合物A和樹(shù)枝狀聚合物B
1.首先比較它們的流動(dòng)性能：A由于是線性的，很容易纏結(jié)，易結(jié)晶；B是樹(shù)枝狀的，具有高度支化結(jié)構(gòu)（主鏈短，支鏈多），由于空間位阻作用，分子間纏結(jié)較少，具有低熔體粘度特性。
2.其次是力學(xué)性能：樹(shù)枝狀聚合物表面大量的官能團(tuán)使其具備很好的偶聯(lián)作用，保證具有較大分子間的力，從而保持很好的材料力學(xué)性能。
下面我們通過(guò)表格來(lái)說(shuō)明在雙螺桿擠出造粒過(guò)程中，添加不同型號(hào)樹(shù)枝狀聚合物所帶來(lái)的機(jī)頭壓力、主機(jī)電流、尼龍力學(xué)性能的變化程度，以及熔融指數(shù)的提高程度：
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配方 |
機(jī)頭壓力/ MPa |
主機(jī)電流/A |
拉伸強(qiáng)度/ MPa |
熔指g/10min |
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1 |
0.4 |
16 |
83.33 |
37.02 |
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1+0.5%CYD-701 |
0.3 |
14 |
80.41 |
72.22 |
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1+0.8%CYD-701 |
0.3 |
14 |
66.4 |
247.52 |
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1+0.5%CYD-801 |
未測(cè) |
12 |
83.92 |
74.5 |
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1+1%CYD-801 |
未測(cè) |
12 |
82.04 |
72.82 |
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1+2%CYD-801 |
未測(cè) |
12 |
80.33 |
85.26 |
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2 |
0.8 |
16 |
162.72 |
29.26 |
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2+0.58%CYD-701 |
0.6 |
14 |
133.56 |
110.06 |
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3 |
1 |
19 |
185.76 |
23.53 |
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3+0.5%CYD-701 |
0.6 |
17 |
165.73 |
64 |
配方：1為PA66，2為75%PA66 +25%GF， 3為70%PA66 +30%GF
如上表所示：添加少量701系列樹(shù)枝狀聚合物，擠出機(jī)機(jī)頭壓力減小25-40%，主機(jī)電流減小10%以上，對(duì)擠出機(jī)的要求大幅度降低。拉伸強(qiáng)度減小5-18%，但是熔指增加的幅度非常之大，達(dá)到94-570%，從而大大方便了其注塑加工！另外，801系列的樹(shù)枝狀聚合物則無(wú)損塑料基體的力學(xué)性能，而且也可以翻倍提升純PA66的熔指，故需要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇合適型號(hào)的樹(shù)枝狀聚合物。
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三除了改善流動(dòng)性，樹(shù)枝狀聚合物還有什么功能？ |
當(dāng)然，樹(shù)枝狀聚合物不僅僅能提高塑料的熔指，它還至少有以下三種功能：
1. 塑料增韌改性：樹(shù)枝狀聚合物結(jié)構(gòu)的增韌劑具有優(yōu)異的流動(dòng)性和分散性，尤其適合高填充和高增韌體系，可以減少增韌劑的用量從而達(dá)到降低成本的作用，樹(shù)枝狀增韌劑替代傳統(tǒng)POE應(yīng)用于PP體系時(shí)，可以比同等份數(shù)POE提升40%~60%以上的沖擊強(qiáng)度。
2.應(yīng)用在透明性塑料和薄膜領(lǐng)域：相對(duì)于傳統(tǒng)高分子材料，樹(shù)枝狀聚合物玻璃化溫度更低，更容易成膜，不容易結(jié)晶，適合透明性塑料和薄膜領(lǐng)域的應(yīng)用，可以替代含氟聚合物PPA應(yīng)用在PE薄膜領(lǐng)域。
圖：PE薄膜
3. 功能化：樹(shù)枝狀聚合物表面大量的官能團(tuán)使其可具備很高的化學(xué)活性，并可通過(guò)端基改性來(lái)獲得更多的功能性基團(tuán)，樹(shù)枝狀聚合物通過(guò)表面修飾大量不同的官能團(tuán)可實(shí)現(xiàn)在不同塑料和橡膠品種中的應(yīng)用。
圖：上海交大化學(xué)化工學(xué)院朱新遠(yuǎn)院長(zhǎng)（左）與威海晨源分子新材料有限公司李武松總經(jīng)理（北大博士）
關(guān)于晨源分子(CYD)
威海晨源分子新材料有限公司為亞洲首家研發(fā)、生產(chǎn)樹(shù)枝狀聚合物材料的高新技術(shù)型企業(yè)，擁有樹(shù)枝狀聚合物領(lǐng)域的唯一院士工作站，核心團(tuán)隊(duì)在樹(shù)枝狀聚合物研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域具有20多的經(jīng)驗(yàn)積累。
晨源分子(CYD)在為北京大學(xué)、清華大學(xué)、中科院提供樹(shù)枝狀聚合物用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后，現(xiàn)已開(kāi)始實(shí)現(xiàn)樹(shù)枝狀聚合物的產(chǎn)業(yè)化！至今，已收到澳大利亞、美國(guó)和歐洲等全球各地訂單，廣泛應(yīng)用于塑料、涂料油墨、生物醫(yī)用、納米材料、催化劑載體、水處理等領(lǐng)域。
