聚己內(nèi)酰胺(PA6) 俗稱尼龍6，具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、剛度、硬度、韌性、耐磨性，且具有優(yōu)異的加工性能，適合于紡絲、注塑、擠出、吹塑等多種加工方式，主要應(yīng)用于合成纖維和工程塑料領(lǐng)域，如汽車、電子電氣部件、機(jī)械構(gòu)件 、薄膜等。

近年來隨著我國汽車、電子等行業(yè)的快速發(fā)展，尼龍6工程塑料的應(yīng)用越來越廣泛。注塑加工是尼龍6的主要加工方式之一，在保證制品性能的前提下，應(yīng)盡可能縮短成型周期( 即由注射、保壓、冷卻定型、開模、取出制品到下一個(gè)制件生產(chǎn)開始前的一個(gè)完整的生產(chǎn)周期) ，同時(shí)制品應(yīng)具有較小的成型收縮率，保證制品尺寸的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

為了提高尼龍6的綜合性能，經(jīng)常加入各種各樣的改性劑，成核劑是尼龍6的注塑加工過程中常用的改性劑。尼龍6屬于半結(jié)晶性聚合物，結(jié)晶特性對(duì)尼龍6的成形性能、力學(xué)性能都具有顯著影響，在尼龍6注塑加工過程中添加成核劑，可以加快尼龍6的結(jié)晶速度，縮短其成型周期。

尼龍6注塑加工過程中采用的成核劑主要有無機(jī)礦物微粒( 如滑石粉、二氧化硅) 、金屬氧化物( 如氧化鎂、氧化鋁) 、鹽( 如褐煤酸鈉、褐煤酸鈣、苯膦酸鈉、苯膦酸鋅) 、低聚物( 如己內(nèi)酰胺環(huán)二聚體) 、高熔點(diǎn)尼龍( 如尼龍46) 等。

目前，對(duì)成核劑在尼龍6中的作用研究主要集中在結(jié)晶動(dòng)力學(xué)等微觀層面，作者選擇較為常見的2種有機(jī)成核劑和2種無機(jī)成核劑分別用于尼龍6的注塑加工，研究了成核劑種類、用量對(duì)尼龍6注塑成型效果及其結(jié)晶性能和力學(xué)性能等實(shí)際加工應(yīng)用的影響，以期對(duì)尼龍6產(chǎn)品開發(fā)及加工應(yīng)用提供指導(dǎo)。

成核劑及其添加量對(duì)尼龍 6 注塑成型效果的影響

不同成核劑及其添加量時(shí)尼龍6的注塑成型時(shí)間及成型收縮率見表1。從表1可知：純尼龍6的注塑成型時(shí)間為23 s ，添加成核劑后尼龍6的注塑成型時(shí)間明顯縮短，為12～ 19 s，且隨著成核劑添加量的增大而降低，在成核劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)效果已經(jīng)非常明顯，在成核劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%時(shí)基本達(dá)到最短成型時(shí)間，繼續(xù)增加成核劑用量，效果不明顯；

采用有機(jī)成核劑N22和DN時(shí)注塑成型效果優(yōu)于無機(jī)成核劑滑石粉和白炭黑，且白炭黑在縮短成型時(shí)間方面的效果比滑石粉更差；純尼龍6的注塑成型收縮率為1.3636%，添加成核劑后尼龍6的注塑成型收縮率明顯降低，且隨著成核劑用量的增加，尼龍6的注塑成型收縮率逐步降低，當(dāng)成核劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.15%后，成型收縮率變化不大; 當(dāng)成核劑用量一定時(shí)，添加不同成核劑，尼龍6的注塑成型收縮率的差異不大。

成核劑及其添加量對(duì)注塑尼龍 6 結(jié)晶性能的影響

根據(jù)不同成核劑及其添加量的注塑尼龍6樣條的DSC曲線，得到注塑尼龍6的結(jié)晶峰溫度見表2。從表2可知：在未添加成核劑時(shí)，尼龍6的結(jié)晶峰溫度為167.2 ℃，而添加4種不同的成核劑后，注塑尼龍6的結(jié)晶峰溫度都顯著提高，而且都是在添加成核劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，各樣條的結(jié)晶峰溫度均大幅提高至188 ～ 189℃ ; 

繼續(xù)增加成核劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)至0.20% ，各樣條的結(jié)晶峰溫度基本不變，但成核劑為白炭黑時(shí)，隨著其用量的增加，注塑尼龍6的結(jié)晶峰溫反而略有降低，可能是由于白炭黑為納米尺度的粉體，容易團(tuán)聚，在其用量增加后分散效果降低。

成核劑及其添加量對(duì)注塑尼龍 6 力學(xué)性能的影響

成核劑及其添加量對(duì)注塑尼龍6力學(xué)性能的影響見表3。表3可知：未添加成核劑時(shí)，尼龍6的拉伸強(qiáng)度為66.3 MPa，斷裂伸長率為75.6% ，缺口沖擊強(qiáng)度為10.2 kJ/m2 ; 添加成核劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%～0.20%，注塑尼龍6的拉伸強(qiáng)度明顯提高，達(dá)73.90～77.63 MPa，而斷裂伸長率和缺口沖擊強(qiáng)度明顯降低，分別為18.79%～29.43% 和6.50～9.83 kJ/m2，這是由于成核劑的存在使得尼龍6結(jié)晶度提高，材料的剛性提升，而結(jié)晶區(qū)的形變能力低于非結(jié)晶區(qū)，使得材料的延展性和抗沖擊性能下降，但這些性能仍處在實(shí)際應(yīng)用可以接受的范圍之內(nèi)。

相比之下，添加有機(jī)成核劑N22和DN的注塑尼龍6的缺口沖擊強(qiáng)度較高，而添加無機(jī)成核劑滑石粉和白炭黑的注塑尼龍6的缺口沖擊強(qiáng)度較低，這是因?yàn)樵谀猃?中有機(jī)成核劑的分散效果好，而無機(jī)成核劑粉體容易發(fā)生團(tuán)聚，形成粒徑較大的聚集體，使得實(shí)際的有效晶核數(shù)量減少，同時(shí)團(tuán)聚體成為應(yīng)力集中點(diǎn)，反而對(duì)力學(xué)性能有不利影響。

綜合上述結(jié)果，相比無機(jī)成核劑，采用有機(jī)成核劑時(shí)，尼龍6的注塑成型效果、結(jié)晶性能和力學(xué)性能更好。這是由于有機(jī)成核劑與尼龍6大分子鏈具有更好的親和性，在熔融共混時(shí)在尼龍6中的分散效果更好。

在結(jié)晶過程中，有機(jī)成核劑更容易通過分子間作用力促使尼龍6分子鏈以成核劑為核心形成結(jié)晶。綜合考慮，在尼龍6注塑加工過程中，添加有機(jī)成核劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%～ 0.15%較為合適，可以有效縮短成型時(shí)間，降低成型收縮率，同時(shí)提高尼龍6的拉伸強(qiáng)度，且斷裂伸長率和缺口沖擊強(qiáng)度的降幅不大，繼續(xù)提高成核劑的添加量，效果并不明顯。