聚酰胺6微纤增强聚丙烯复合材料制备及化学注塑发泡性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.06.002

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (6): 12-18.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.06.002

聚酰胺6微纤增强聚丙烯复合材料制备及化学注塑发泡性能研究

杨莲¹^,², 蒋晶¹^,²(), 贾彩宜¹^,², 谢悦涵¹, 王小峰², 李倩²

^1.郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001
^2.微纳成型技术国家级国际联合研究中心，郑州 450001

收稿日期:2023-11-17 出版日期:2024-06-26 发布日期:2024-06-20
通讯作者: 蒋晶（1983—），男，副教授，从事聚合物发泡材料高性能和功能化研究，jiangjing@zzu.edu.cn
E-mail:jiangjing@zzu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金联合重点项目(U1909219)

Preparation of polyamide 6 microfiber reinforced polypropylene composite and its property of chemical foam injection molding

YANG Lian¹^,², JIANG Jing¹^,²(), JIA Caiyi¹^,², XIE Yuehan¹, WANG Xiaofeng², LI Qian²

^1.School of Mechanical and Power Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China
^2.National Center for International Joint research of Micro?Nano Molding Technology，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China

Received:2023-11-17 Online:2024-06-26 Published:2024-06-20
Contact: JIANG Jing E-mail:jiangjing@zzu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

将原位成纤（INF）和化学注塑发泡（CFIM）技术结合，研究了相容剂对聚丙烯/聚酰胺6（PP/PA6）复合材料微纤形貌、黏弹性、力学性能和CFIM行为的影响。结果表明，PP⁃g⁃MAH相容剂的加入显著减小了PA6分散相尺寸，得到平均直径约265 nm的PA6微纤均匀分布于PP基体中，微纤网络结构的存在和相界面的协同增强效应显著提高了INF复合材料力学强度，拉伸强度相比纯PP提升26.2%，冲击强度相比纯PP提升62 %；基于自制的吸⁃放热平衡化学发泡剂的CFIM实验，制备出泡孔尺寸62 μm、泡孔密度近5×10⁵个/cm³的INF复合泡沫制品，实现了12 %样品减重的同时，相比纯PP泡沫，比拉伸强度提高了17 %，比冲击强度提高了46 %。

关键词: 聚丙烯, 原位成纤, 化学注塑发泡, 泡孔结构, 力学性能

Abstract:

T　he effect of compatibilizer on the nanofibril morphology， viscoelasticity， mechanical properties， and CFIM behavior of polypropylene （PP）/nylon6 （PA6） composite through a combination of in⁃situ fibrillation （INF） and chemical foam injection molding （CFIM） technologies. The results indicated that the addition of PP⁃g⁃MAH compatibilizer reduced the size of PA6 dispersion phase significantly， and PA6 microfibers were uniformly distributed in the PP matrix with an average diameter of about 265nm. The existence of a microfiber network structure and the synergistic enhancement effect of phase interface improved the mechanical strength of INF composites significantly. The tensile strength and impact strength of the composites are 26.2 % and 62 % higher than those of pure PP， respectively. Based on the CFIM experiment using the self⁃made endothermic⁃exothermic equilibrium chemical foaming agent， the INF composite foam product was prepared with a cell size of 62 μm and a cell density of nearly 5×10⁵ cells/cm³. The as⁃prepared sample obtained a decrease in the weight by 12 %. Compared to pure PP foam， the composite foam exhibited an increase in the specific tensile strength and impact strength by 17 % and 46 %， respectively.

Key words: polypropylene, in?situ fibrillation, chemical foam injection molding, cell structure, mechanical property

中图分类号:

TQ325.5

杨莲, 蒋晶, 贾彩宜, 谢悦涵, 王小峰, 李倩. 聚酰胺6微纤增强聚丙烯复合材料制备及化学注塑发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 12-18.

YANG Lian, JIANG Jing, JIA Caiyi, XIE Yuehan, WANG Xiaofeng, LI Qian. Preparation of polyamide 6 microfiber reinforced polypropylene composite and its property of chemical foam injection molding[J]. China Plastics, 2024, 38(6): 12-18.

图/表 9

图1 INF复合材料及CFIM制品制备流程示意图

Fig.1 Schematic fabricating process of INF composites and CFIM foams

样品	PP含量/%	PA6含量/%	PP⁃g⁃MAH含量/%	备注
PP	100	0	0	—
PP/PA6（S）	95	5	0	球形PA6 分散相的两相共混物
PP/PA6（F）	95	5	0	PP/PA6两相微纤复合材料
PP/PA6（S）/MAH	94	5	1	球形PA6分散相的三相共混物
PP/PA6（F）/MAH	94	5	1	PP/PA6/MAH三相微纤复合材料

表1 PP复合材料样品配方表

Tab. 1 Formula of the PP⁃based composites

图2 不同PP复合材料相形貌及PA6分散相尺寸

Fig.2 Phase morphology of all PP⁃based composites and associated size of dispersed phases of PA6

图3 不同PP复合材料注射成型样品断面形貌

Fig.3 Phase morphologies of the injection molded samples for all PP⁃based composites

图4 不同PP复合材料的动态频率扫描结果

Fig.4 Dynamic frequency scanning curves of all PP⁃based composites

图5 不同PP复合材料拉伸、冲击性能及INF复合材料拉伸断面形貌

Fig.5 Different PP composites with variations in tensile properties， impact resistance， and the tensile fracture surface morphology of INF composite materials

图6 CFIM样品断面照片及泡孔尺寸和分布统计

Fig.6 Fracture surface morphologies of CFIM samples and cell size and distribution statistics

图7 CFIM样品减重率、比拉伸强度、比冲击强度和PP/PET（F）/MAH发泡样品拉伸断面照片

Fig.7 Weight loss rate， specific tensile strength and impact specific strength of all CFIM samples and fracture surface morphologies of PP/PET（F）/MAH foams

图8 发泡前后PP复合材料内部PA6分散相形态及分布示意图

Fig.8 PA6 morphology and distribution diagram before and after foaming

参考文献 23

1	Penumakala P K， Santo J， Thomas A. A Critical Review On the Fused Deposition Modeling of Thermoplastic Polymer Composites［J］. Composites Part B： Engineering， 2020， 201： 108336.
2	袁洪跃，金章勇，蒋晶，等. 聚丙烯/碳纳米管微孔注塑发泡行为及力学性能［J］. 中国塑料， 2020， 34（06）： 20⁃26.
	YUAN H Y， JIN Z Y， JIANG J， et al. Microcellular injection foaming behaviors and mechanical properties of polypropylene/carbon nanotubes composites［J］. China Plastics， 2020， 34（06）： 20⁃26.
3	Cui Y， Luo J， Deng Y， et al. Effect of Acetylated Cellulose Nanocrystals On Solid‐State Foaming Behaviors of Chain‐Extended Poly（Butylene Adipate‐Co‐Terephthalate）［J］. Journal of Vinyl and Additive Technology， 2021， 27（4）： 722⁃735.
4	Zhu N， Shen C， Zeng X， et al. Enhancing the Foaming Properties of Polypropylene/Basalt Fiber Composites by Altering their Rheological and Crystallization Behavior Via Polyethylene–Octene Blending Modification［J］. Polymer Composites， 2023， 44（11）： 7 631⁃7 642.
5	Wang G， Zhao G， Zhang L， et al. Lightweight and Tough Nanocellular PP/PTFE Nanocomposite Foams with Defect⁃Free Surfaces Obtained Using in Situ Nanofibrillation and Nanocellular Injection Molding［J］. Chemical Engineering Journal， 2018， 350： 1⁃11.
6	Zhao J， Zhao Q， Wang L， et al. Development of High Thermal Insulation and Compressive Strength BPP Foams Using Mold⁃Opening Foam Injection Molding with in⁃Situ Fibrillated PTFE Fibers［J］. European Polymer Journal， 2018， 98： 1⁃10.
7	Jiang J， Li Z， Yang H， et al. Microcellular injection molding of polymers： A review of process know⁃how， emerging technologies， and future directions［J］. Current Opinion in Chemical Engineering， 2021， 33： 100694.
8	Zhao J， Wang G， Zhang L， et al. Lightweight and Strong Fibrillary PTFE Reinforced Polypropylene Composite Foams Fabricated by Foam Injection Molding［J］. European Polymer Journal， 2019， 119： 22⁃31.
9	Wang G， Zhao G， Dong G， et al. Lightweight and Strong Microcellular Injection Molded PP/Talc Nanocomposite［J］. Composites Science and Technology， 2018， 168： 38⁃46.
10	Zhao J， Qiao Y， Wang G， et al. Lightweight and Tough PP/Talc Composite Foam with Bimodal Nanoporous Structure Achieved by Microcellular Injection Molding［J］. Materials & Design， 2020， 195： 109051.
11	孙俊威，蒋晶，赵娜，等. 原位成纤复合泡沫材料的研究进展［J］. 复合材料学报， 2023， 40（4）： 1 951⁃1 965.
	SUN J W， JIANG J， ZHAO N， et al. Research progress of in⁃situ fibrous composite foamed material［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2023， 40（4）： 1 951⁃1 965.
12	Ahmadlouydarab M， Chamkouri M， Chamkouri H. Compatibilization of Immiscible Polymer Blends （R⁃PET/PP） by Adding Pp⁃G⁃Ma as Compatibilizer： Analysis of Phase Morphology and Mechanical Properties［J］. Polymer Bulletin， 2020， 77（11）： 5 753⁃5 766.
13	Wang X， Li Y， Jiao Y， et al. Microcellular Foaming Behaviors of Poly （Lactic Acid）/Low⁃Density Polyethylene Blends Induced by Compatibilization Effect［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2019， 27（8）： 1 721⁃1 734.
14	Su B， Zhou Y， Dong B， et al. Effect of Compatibility On the Foaming Behavior of Injection Molded Polypropylene and Polycarbonate Blend Parts［J］. Polymers， 2019， 11（2）： 300.
15	Wang B， Sun C， Wang Y， et al. Improved Mechanical Properties of in Situ Microfibrillar Polypropylene/Polyamide6 Composites through Constructing Strong Interfacial Adhesion［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2021， 32（8）： 3 343⁃3 357.
16	Qiao Y， Li Q， Jalali A， et al. In⁃Situ Microfibrillated Poly（Ε⁃Caprolactone）/ Poly（Lactic Acid） Composites with Enhanced Rheological Properties， Crystallization Kinetics and Foaming Ability［J］. Composites Part B： Engineering， 2021， 208： 108594.
17	Friedrich K. Microfibrillar Reinforced Composites From PET/PP Blends： Processing， Morphology and Mechanical Properties［J］. Composites Science and Technology， 2005， 65（1）： 107⁃116.
18	Qiao Y， Li Q， Jalali A， et al. Effect of Polyethylene Glycol On the Crystallization， Rheology and Foamability of Poly （Lactic Acid） Containing in Situ Generated Polyamide 6 Nanofibrils［J］. Frontiers of Chemical Science and Engineering， 2023： 1⁃14.
19	Jiang Y， Jiang J， Yang L， et al. In Situ Nanofibrillar Polypropylene⁃Based Composite Microcellular Foams with Enhanced Mechanical and Flame⁃Retardant Performances［J］. Polymers， 2023， 15（6）： 1 497.
20	徐云飞，赵在胜，邢雅静，等. 聚乳酸/聚氨酯复合多孔材料制备及吸油性能研究［J］. 中国塑料， 2021， 35（11）： 24⁃31.
	XU Y F， ZHAO Z S， XING Y J， et al. Preparation and oil absorption performance of porous polylactide/polyurethane composites［J］. China Plastics， 2021， 35（11）： 24⁃31.
21	Sun S， Li Q， Zhao N， et al. Preparation of Highly Interconnected Porous Poly（Ε‐Caprolactone）/Poly（Lactic Acid） Scaffolds Via Supercritical Foaming［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2018， 29（12）： 3 065⁃3 074.
22	Sun J， Li Q， Jiang Y， et al. Lightweight and High Impact Toughness PP/PET/POE Composite Foams Fabricated by in Situ Nanofibrillation and Microcellular Injection Molding［J］. Polymers， 2023， 15（1）： 227.
23	Zhang G， Wang Y， Xing H， et al. Interplay Between the Composition of LLDPE/PS Blends and their Compatibilization with Polyethylene⁃Graft⁃Polystyrene in the Foaming Behaviour［J］. Rsc Advances， 2015， 5（34）： 27 181⁃27 189.

[1]	何和智, 黄宗海, 赖文, 熊华威. PLA/PBAT/CB防静电包装材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 1-8.
[2]	宋文兰, 宋文行, 李冰, 刘茜, 欧阳玉阁, 田华峰, 郭改萍. 电容器用BOPP薄膜在介电和储能性能提高中的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 138-143.
[3]	胡永祥, 谢纪岭, 李伟铭, 张璐, 汤香港, 吕亿同, 申红望, 鞠冠男. 马来酸酐接枝改性GTR对聚乳酸性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 20-24.
[4]	王杰, 辛德华, 李晖, 蒋洪石, 周洪福, 赵建国. 纳米黏土与二氧化硅协同改性聚乳酸研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 43-48.
[5]	沈强锋, 吕明福, 徐耀辉. 茂金属聚丙烯釜压发泡性能的研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 55-61.
[6]	徐琛, 骆博飞, 刘腾腾, 邢晶凯. 成核剂改性聚丙烯研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 79-85.
[7]	刘莹, 孙昊, 杨勇, 姜开宇, 于同敏, 马赛, 祝铁丽. 超声振动对玻璃纤维增强聚酰胺6注塑制件力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 9-14.
[8]	刘莹孙昊杨勇于同敏马赛祝铁丽. 超声振动对玻璃纤维增强聚酰胺6注塑制件力学性能的影响[J]. , 2024, 38(7): 9-14.
[9]	胡永祥谢纪岭李伟铭张璐汤香港吕亿同申红望鞠冠男. 马来酸酐接枝改性GTR对聚乳酸性能的影响[J]. , 2024, 38(7): 20-24.
[10]	沈强锋吕明福徐耀辉. 茂金属聚丙烯釜压发泡性能的研究[J]. , 2024, 38(7): 55-61.
[11]	周紫怡, 王洋样, 孙滔, 蒋伟, 董同力嘎, 云雪艳. 聚（己二酸/对苯二甲酸）⁃丁二醇酯基自发气调薄膜的性能研究及应用[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 31-38.
[12]	董亚鹏, 赵恬娇, 王美珍, 崔文举, 林福华, 王波. 长链脂肪酸钠/芳基酰胺脂肪酸钠复配成核剂对聚丙烯性能影响研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 60-65.
[13]	谢波, 涂志刚, 周先进, 张尚先, 熊立贵, 杨亭. 低摩擦因数热收缩BOPP包装薄膜的开发[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 78-81.
[14]	王涵, 梁金华, 高振国, 姜炜, 周昊. 微胶囊型自修复环氧树脂材料的力学性能及修复效率[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 40-46.
[15]	张之琪, 王向东, 刘海明, 陈士宏. 聚酰胺弹性体对生物基聚酰胺56和聚酰胺66共混物的增韧改性及其发泡行为研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 55-60.

聚酰胺6微纤增强聚丙烯复合材料制备及化学注塑发泡性能研究

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