mc尼龙6kevlar纤维复合材料最优制备工艺的研究

《mc尼龙6kevlar纤维复合材料最优制备工艺的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、MC尼龙6/Kevlar纤维复合材料最优制备工艺的研究胡海兰，王灿耀，郑玉婴*基金项目：福建省自然科学基金(E0410013)*通讯联系人福州大学化学化工学院，福建福州，350002关键词：均匀设计MC尼龙6Kevlar纤维复合材料由于MC尼龙的原料粘度低，模具内流动性良好，成型压力低，很适合通过RIM技术采用液态原位聚合方法通过纤维增强制备出具有良好综合机械性能的复合材料，以改进MC尼龙6性能，扩大其应用领域[1]。目前针对MC尼龙6增强改性的纤维有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维和芳酰胺纤维[2]。本文采用改性的Kevlar纤维(改性方法见

2、参考文献[3])增强MC尼龙，用称量法及粘度法测定阴离子聚合过程己内酰胺转化率（Y1）及复合材料相对粘度(Y2)，采用均匀设计[4]考察它们与催化剂NaOH与单体的摩尔比(X1)、纤维的质量分数(X2)、模具温度(X3)和助催化剂TDI与单体的摩尔比(X4)等因素间的定量关系，得到如下结果：(1)MC尼龙6/Kevlar纤维复合材料最优制备工艺条件的确定对均匀设计法所得的实验数据进行多元回归分析，建立性能参数和各变量之间的回归方程如下：Y1=87.934-0.166X22-1100906.223X42-832.305X2*X4+35.5

3、81X3*X4(R=0.99989)Y2=8.184+0.046X22-35086.547X42-72.818X1*X2+1.092X1*X3(R=0.99965)式中R为回归方程的相关系数。对均匀设计法所得的实验数据进行多元回归分析得到回归方程后，利用VB6.0编程中的穷举法思想处理，搜索出得到我们实验所要求的复合材料制备的最优工艺条件为:Kevlar纤维的质量分数为0，模具温度为170℃，催化剂NaOH与己内酰胺单体的摩尔比为0.008，助催化剂TDI与己内酰胺单体的摩尔比为0.002。(2)各因素对单体转化率的影响由图1可以看出，

4、随着纤维用量的增加，单体的转化率下降，这是由于Kevlar纤维中的酰胺键易与水形成氢键，使得聚合链的生长受到限制，产生了较多的低聚物，抽提时被水除去，从而使单体转化率降低。从图2可以看出，在聚合温度范围145～170℃内，转化率随着聚合温度的升高而增大。原因主要是：在这个温度范围内，随着聚合温度的提高，有利于己内酰胺的开环聚合，单体的扩散速率和反应速率常数也逐渐增大，因此单体转化率增大。从图3可以看到，NaOH用量对单体转化率影响不大，可见，过剩的内酰胺阴离子对单体转化率的贡献不大。从图4可以得到，当TDI与单体的摩尔比小于0.0025

5、时，单体转化率随TDI用量的增加而增大；而当TDI与单体的摩尔比大于0.0025时，单体转化率随TDI用量的增加而下降。这是因为，TDI用量较小时，随TDI用量的增加，活性中心增加，有利于聚合速率的提高，使单体的转化率增大。而当TDI用量较大时，活性中心过多，形成了较多的低聚物，在抽提时容易被水除去，因此单体转化率也就随之下降。Fig.1ThecurveofmassfractionofKevlarfiberFig.2Thecurveofpolymerizationtemperaturevsmonomerconversionratevsm

6、onomerconversionrateFig.3ThecurveofthemolrateofNaOHtoFig.4ThecurveofthemolrateofTDItocaprolactamvsmonomerconversionratecaprolactamvsmonomerconversionrate(3)各因素对复合材料相对粘度的影响由图5中可以看出，随着纤维用量的增加，复合材料的相对粘度是下降的。因为经TDI和己内酰胺改性的Kevlar纤维具有酰亚胺结构，起着类似TDI的活性中心作用，活性中心过多，形成了较多的低聚物，从而使分子

7、量降低。同时纤维所吸附的少量水分也会阻碍己内酰胺的聚合，使得聚合链增长受到影响，导致聚合物分子量减小，相对粘度降低[5]。从图6中可以看出，在145～170℃内，随着聚合温度的上升，体系的相对粘度也随之增大。原因主要是：在这个温度范围内，随着聚合温度的提高，反应速率增大，分子链增长成较长链的几率加大，因此有利于体系相对粘度的增大。从图7可以看出，随着催化剂NaOH用量的增加，体系的相对粘度也随之增大。这是因为随着NaOH用量增加，活性单体生成速度增大，聚合速率加快；同时，由于活性单体数量增加，在大分子链增长成较长链的几率加大，聚合产物的

8、相对分子量增加，因此，聚合物的相对粘度也就增加了。从图8可以看出，体系的相对粘度随TDI用量的增加而减小。当TDI用量超过一定值时，随着TDI浓度的增加，活性中心过多，致使形成过多的活性端基，造成尼龙6的聚