1、MC 尼龍 6/Kevlar 纖維復合材料最優制備工藝的研究胡海蘭，王燦耀，鄭玉嬰*福州大學化學化工學院，福建福州，350002關鍵詞：關鍵詞：均勻設計 MC 尼龍 6 Kevlar 纖維 復合材料由于 MC 尼龍的原料粘度低，模具內流動性良好，成型壓力低，很適合通過 RIM 技術采用液態原位聚合方法通過纖維增強制備出具有良好綜合機械性能的復合材料，以改進 MC 尼龍 6 性能，擴大其應用領域1。目前針對 MC 尼龍 6 增強改性的纖維有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維和芳酰胺纖維2。本文采用改性的 Kevlar 纖維(改性方法見參考文獻3)增強 MC 尼龍，用稱量法及粘度法測定陰離子聚合過程己內酰胺

2、轉化率（Y1）及復合材料相對粘度(Y2)，采用均勻設計4考察它們與催化劑 NaOH 與單體的摩爾比(X1)、纖維的質量分數(X2)、模具溫度(X3)和助催化劑 TDI 與單體的摩爾比(X4)等因素間的定量關系，得到如下結果：(1) MC 尼龍 6/Kevlar 纖維復合材料最優制備工藝條件的確定對均勻設計法所得的實驗數據進行多元回歸分析，建立性能參數和各變量之間的回歸方程如下：Y1=87.934-0.166X22-1100906.223X42-832.305X2*X4+35.581X3*X4 (R=0.99989)Y2=8.184+0.046X22-35086.547X42-72.818X1*

3、X2+1.092X1*X3 (R=0.99965)式中 R 為回歸方程的相關系數。對均勻設計法所得的實驗數據進行多元回歸分析得到回歸方程后，利用 VB6.0 編程中的窮舉法思想處理，搜索出得到我們實驗所要求的復合材料制備的最優工藝條件為: Kevlar 纖維的質量分數為 0，模具溫度為 170，催化劑 NaOH 與己內酰胺單體的摩爾比為 0.008，助催化劑 TDI 與己內酰胺單體的摩爾比為 0.002。(2) 各因素對單體轉化率的影響由圖 1 可以看出，隨著纖維用量的增加，單體的轉化率下降，這是由于 Kevlar 纖維中的酰胺鍵易與水形成氫鍵，使得聚合鏈的生長受到限制，產生了較多的低聚物，抽

4、提時被水除去，從而使單體轉化率降低。從圖 2 可以看出，在聚合溫度范圍 145170內，轉化率隨著聚合溫度的升高而增大。原因主要是：在這個溫度范圍內，隨著聚合溫度的提高，有利于己內酰胺的開環聚合，單體的擴散速率和反應速率常數也逐漸增大，因此單體轉化率增大。從圖 3 可以看到，NaOH 用量對單體轉化率影響不大，可見，過剩的內酰胺陰離子對單體轉化*基金項目基金項目：福建省自然科學基金(E0410013) *通訊聯系人率的貢獻不大。從圖 4 可以得到，當 TDI 與單體的摩爾比小于 0.0025 時，單體轉化率隨 TDI用量的增加而增大；而當 TDI 與單體的摩爾比大于 0.0025 時，單體轉化

5、率隨 TDI 用量的增加而下降。這是因為，TDI 用量較小時，隨 TDI 用量的增加，活性中心增加，有利于聚合速率的提高，使單體的轉化率增大。而當 TDI 用量較大時，活性中心過多，形成了較多的低聚物，在抽提時容易被水除去，因此單體轉化率也就隨之下降。 Fig.1 The curve of mass fraction of Kevlar fiber Fig.2 The curve of polymerization temperaturevs monomer conversion rate vs monomer conversion rate Fig.3 The curve of the mo

6、l rate of NaOH to Fig.4 The curve of the mol rate of TDI tocaprolactam vs monomer conversion rate caprolactam vs monomer conversion rate (3) 各因素對復合材料相對粘度的影響由圖 5 中可以看出，隨著纖維用量的增加，復合材料的相對粘度是下降的。因為經 TDI和己內酰胺改性的 Kevlar 纖維具有酰亞胺結構，起著類似 TDI 的活性中心作用，活性中心過多，形成了較多的低聚物，從而使分子量降低。同時纖維所吸附的少量水分也會阻礙己內酰胺的聚合，使得聚合鏈增長受到

7、影響，導致聚合物分子量減小，相對粘度降低5。從圖 6 中可以看出，在 145170內，隨著聚合溫度的上升，體系的相對粘度也隨之增大。原因主要是：在這個溫度范圍內，隨著聚合溫度的提高，反應速率增大，分子鏈增長成較長鏈的幾率加大，因此有利于體系相對粘度的增大。從圖 7 可以看出，隨著催化劑 NaOH 用量的增加，體系的相對粘度也隨之增大。這是因為隨著 NaOH 用量增加，活性單體生成速度增大，聚合速率加快；同時，由于活性單體數量增加，在大分子鏈增長成較長鏈的幾率加大，聚合產物的相對分子量增加，因此，聚合物的相對粘度也就增加了。從圖 8 可以看出，體系的相對粘度隨 TDI 用量的增加而減小。當 TD

8、I 用量超過一定值時，隨著 TDI 濃度的增加，活性中心過多，致使形成過多的活性端基，造成尼龍 6 的聚合度下降，相對分子量下降，導致了聚合物的相對粘度降低。 Fig.5 The curve of mass fraction of Kevlar fiber Fig.6 The curve of polymerization temperaturevs relative viscosity vs relative viscosity Fig.7 The curve of the mol rate of NaOH to Fig.8 The curve of the mol rate of TDI

9、tocaprolactam vs relative viscosity caprolactam vs relative viscosity (4) 本實驗所得最優配方中的 NaOH 用量和模具溫度均在水平的邊緣，按理應拓寬水平繼續試驗，但考慮到堿量過多，往往會使產品易于老化變黃，并且在反應過程中發生熱降解；如果澆鑄的物料的溫度過高，則傾向于產生縮孔和孔道。 參考文獻1陳婉吟. 聚醚砜/MC 尼龍 6 原位聚合復合材料結構與性能研究. 福建：華僑大學，20052鄧如生，魏運方，陳步寧. 聚酰胺樹脂及其應用. 化學工業出版社，2002：203鄭玉嬰，傅明連. 光譜學與光譜分析. 2005，25（1

10、1）：18104方開泰. 均勻設計與均勻設計表. 北京：科學出版社，1994. 135J. U. Otaigbe. Effect of Coupling Agent and Absorbed Moisture on the Tensile Properties of a Thermoplastic RRIM Composite. Journal of Applied Polymer Science,1992,45:1213 The Study on the Optimum Technics of Kevlar Fiber Reinforced MC-nylon 6 CompositesHU H

11、ai-lan, WANG Can-yao, ZHENG Yu-ying*(College of Chemistry and Chemical Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China)Abstract In this paper, MC-nylon 6 was reinforced by Kevlar fiber to improve its performance. The technics conditions of MC-nylon6/kevlar fiber composites were studied by Unifo

12、rm Design Method. The relation between the relative viscosity of the composites, the monomer conversion rate and the concentration of catalyst, the concentration of catalyst promoter, polymerization temperature, the mass fraction of Kevlar fiber was obtained by regression curve. Therefore, the optimum technics can be available: the mass fraction of Kevlar fiber