关键词：
尼龙66
吸水
氢键网络
电子束辐照
交联剂
摘要：
尼龙66（PA66）因综合性能出色被广泛用于汽车、电子电器等行业。但是,PA66分子中的酰胺基团容易吸水,导致其力学性能、热性能和稳定性降低,进而影响其在实际应用的表现。目前用于降低PA66吸水量的方法有共混改性、表面改性、无机填料改性、纳米复合改性和电子束辐照改性等。其中,电子束辐照具有清洁、高效、性能稳定等优点。已有文献报道PA66在电子束辐照作用下会产生交联反应,降低PA66的吸水量。但是PA66是典型的半结晶性高分子,关于进一步的电子束辐照对不同含水量的PA66在非晶区和结晶区产生的交联反应程度的研究较少。此外目前对PA66进行电子束辐照改性通常需要非常高的辐照剂量,费用高且时间长。基于以上问题,本文采用电子束和交联剂对不同含水量的PA66进行协同改性研究,系统研究不同含水量对PA66的性能影响以及电子束辐照和交联剂对不同含水量PA66的辐照交联影响,阐明含水量和电子束对PA66在非晶区和结晶区的性能影响规律,为在低辐照剂量下制备出具有低吸水量和高强度的PA66材料提供理论数据依据。具体研究内容和结果如下:
（1）通过双螺杆挤出机和注塑机制备干态PA66样品,然后在蒸馏水内吸水获得湿态PA66样品,研究含水量对PA66的结构与性能影响。结果表明,湿态PA66的饱和吸水量为6.16 wt%,此时PA66的屈服强度、弹性模量、弯曲强度和结晶度分别降低了47%、73%、77%和8%,断裂伸长率增加了1008%,玻璃化转变温度（Tg）由73.5~oC降低至0.3~oC,熔点和结晶温度无明显变化。说明水分子主要进入了PA66的非晶区,削弱了非晶区PA66分子链间酰胺基团之间氢键作用,提高了非晶区分子链段的运动能力,降低了玻璃化转变温度,导致材料强度下降,韧性增加。而PA66的熔点未有明显变化,结晶度少量下降进一步说明了水分子难以进入PA66结构排列规整的结晶区。
（2）利用电子束辐照对不同含水量PA66（干态和湿态样品）进行辐照改性,研究辐照剂量对不同含水量PA66的结构与性能的影响。结果表明,随着电子束辐照剂量的增加,干、湿态PA66均发生了交联反应,其中湿态PA66的交联反应程度更高。干态PA66样品经过剂量为200 k Gy的电子束辐照后吸水量下降了34%,分子量和Tg分别提高了62%和6%,结晶度下降了15%。湿态PA66样品经过剂量为200 k Gy的电子束辐照后,弯曲强度、洛氏硬度和分子量分别提高了25%、11%和406%,Tg由0.3~oC提高到19.1~oC,结晶度无明显变化。说明PA66在受到电子束辐照后,主链上的亚甲基会电离激发产生自由基,分子链间的自由基相互作用产生交联反应。交联反应的程度受含有自由基链段的运动能力有关,自由基链段运动能力越强,交联程度越高。因此,电子束辐照对PA66的非晶区交联反应影响程度更大。由于湿态尼龙中水分子削弱了PA66非晶区的氢键作用,链段运动能力强,因此受到辐照后,非晶区的交联程度大。而干态尼龙中,非晶区和晶区的链段运动能力都较弱,因此受到辐照后,PA66整体的交联程度较低。
（3）分别利用自主合成的甲基丙烯酸铈(Ce（MAA）3)和三烯丙基异氰尿酸酯（TAIC）与PA66进行熔融共混,再结合电子束辐照对PA66进行协同交联改性,研究电子束辐照和交联剂对干、湿态的改性PA66样品结构与性能的影响。结果表明,与纯PA66相比,含有交联剂的PA66样品在相同电子束辐照剂量下具有更高的交联程度。与干态PA66相比,干态TAIC-PA66和Ce（MAA）3-PA66经过100 k Gy电子束辐照后的吸水量分别降低了16%和23%,屈服强度提高了8%和21%,结晶度提高了11%和13%,Tg分别增加了2.3~oC和3.6~oC。湿态TAIC-PA66、Ce（MAA）3-PA66经过100k Gy电子束辐照后的屈服强度分别比湿态PA66提高74%、87%,结晶度未发生显著变化。这是由于交联剂在PA66中起到了异相成核的作用,提高了PA66的结晶度,此外多官能度的交联剂能在电子束辐照过程中促使PA66在非晶区产生更多的交联反应,使材料结构更致密,提高了材料的强度并有效降低了材料的吸水量。
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