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玻纖+尼龍注塑加工的福音？詳解樹枝狀聚合物
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一 玻纖+尼龍難以注塑加工怎么辦？ |
據統計，2014年國內尼龍切片產量超過325萬噸，尼龍用量在工程塑料中位居第一！尼龍材料由于高度對稱和氫鍵等效應，具有很高的結晶度，從而具備非常優異的力學性能。因此，注塑級玻纖增強尼龍大量應用于汽車、電子等高科技行業。
然而，尼龍在添加玻纖等增強材料時，熔融指數小，難以注塑加工；這對尼龍制品的尺寸穩定性和表面效果產生很大的影響！
圖：塑料制件中“浮纖”現象，來源于尼龍工程塑料技術微論壇
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生產出第四代新型高分子材料—樹枝狀聚合物。該聚合物是一種流動改善劑，它既能成倍地增加尼龍的熔指，又可以避免力學性能的降低。
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二 為何樹枝狀聚合物能改善流動性？ |
20世紀80年代初，樹枝狀聚合物由美國化學家Tomalia DA博士發明并成功合成。近10多年來，樹枝狀聚合物由于以上特點，在生物醫學領域得到很多的應用，包括納米級生物傳感器、納米級催化劑等。其實樹枝狀聚合物在高分子材料加工還有更廣闊的應用，比如：降低熔體粘度、改善流動性、提高顏填料的分散性、利于吹膜等。
為什么說樹枝狀聚合物能改善尼龍的加工流動性？我們來舉個例子：有兩份平均分子量相同的線性聚合物（稱為A）和樹枝狀聚合物（稱為B），如下圖所示：
圖：線性聚合物A和樹枝狀聚合物B
1.首先比較它們的流動性能：A由于是線性的，很容易纏結，易結晶；B是樹枝狀的，具有高度支化結構（主鏈短，支鏈多），由于空間位阻作用，分子間纏結較少，具有低熔體粘度特性。
2.其次是力學性能：樹枝狀聚合物表面大量的官能團使其具備很好的偶聯作用，保證具有較大分子間的力，從而保持很好的材料力學性能。
下面我們通過表格來說明在雙螺桿擠出造粒過程中，添加不同型號樹枝狀聚合物所帶來的機頭壓力、主機電流、尼龍力學性能的變化程度，以及熔融指數的提高程度：
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配方 |
機頭壓力/ MPa |
主機電流/A |
拉伸強度/ MPa |
熔指g/10min |
|
1 |
0.4 |
16 |
83.33 |
37.02 |
|
1+0.5%CYD-701 |
0.3 |
14 |
80.41 |
72.22 |
|
1+0.8%CYD-701 |
0.3 |
14 |
66.4 |
247.52 |
|
1+0.5%CYD-801 |
未測 |
12 |
83.92 |
74.5 |
|
1+1%CYD-801 |
未測 |
12 |
82.04 |
72.82 |
|
1+2%CYD-801 |
未測 |
12 |
80.33 |
85.26 |
|
2 |
0.8 |
16 |
162.72 |
29.26 |
|
2+0.58%CYD-701 |
0.6 |
14 |
133.56 |
110.06 |
|
3 |
1 |
19 |
185.76 |
23.53 |
|
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系列樹枝狀聚合物，擠出機機頭壓力減小25-40%，主機電流減小10%以上，對擠出機的要求大幅度降低。拉伸強度減小5-18%，但是熔指增加的幅度非常之大，達到94-570%，從而大大方便了其注塑加工！另外，801系列的樹枝狀聚合物則無損塑料基體的力學性能，而且也可以翻倍提升純PA66的熔指，故需要根據實際需求來選擇合適型號的樹枝狀聚合物。
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三除了改善流動性，樹枝狀聚合物還有什么功能？ |
當然，樹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：樹枝狀聚合物結構的增韌劑具有優異的流動性和分散性，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到降低成本的作用，樹枝狀增韌劑替代傳統POE應用于PP體系時，可以比同等份數POE提升40%~60%以上的沖擊強度。
2.應用在透明性塑料和薄膜領域：相對于傳統高分子材料，樹枝狀聚合物玻璃化溫度更低，更容易成膜，不容易結晶，適合透明性塑料和薄膜領域的應用，可以替代含氟聚合物PPA應用在PE薄膜領域。
圖：PE薄膜
3. 功能化：樹枝狀聚合物表面大量的官能團使其可具備很高的化學活性，并可通過端基改性來獲得更多的功能性基團，樹枝狀聚合物通過表面修飾大量不同的官能團可實現在不同塑料和橡膠品種中的應用。
圖：上海交大化學化工學院朱新遠院長（左）與威海晨源分子新材料有限公司李武松總經理（北大博士）
關于晨源分子(CYD)
威海晨源分子新材料有限公司為亞洲首家研發、生產樹枝狀聚合物材料的高新技術型企業，擁有樹枝狀聚合物領域的唯一院士工作站，核心團隊在樹枝狀聚合物研發和應用領域具有20多的經驗積累。
晨源分子(CYD)在為北京大學、清華大學、中科院提供樹枝狀聚合物用于科學實驗之后，現已開始實現樹枝狀聚合物的產業化！至今，已收到澳大利亞、美國和歐洲等全球各地訂單，廣泛應用于塑料、涂料油墨、生物醫用、納米材料、催化劑載體、水處理等領域。
