經(jīng)過生物工程方法得到的尼龍?jiān)辖?jīng)過開環(huán)聚合或 者縮合聚合制備出的尼龍材料統(tǒng)稱為生物基尼龍材 料。常見的生物基尼龍材料包括尼龍11、尼龍1010、尼龍610、尼龍510、尼龍410、尼龍1012等。     以下為生物尼龍的增強(qiáng)改性：
     1.尼龍1010增強(qiáng)改性
     與尼龍11增強(qiáng)改性所用的填料類似，研究者在對尼龍1010進(jìn)行增強(qiáng)改性時(shí)采用的填料同樣以各種纖維、黏土為主。
     01
     Kuciel等在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了兩種拉伸強(qiáng)度不同的尼龍1010與碳纖維的熔融共混，在較高拉伸強(qiáng)度的純尼龍1010中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%和 40%的碳纖維，隨著碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，共混物拉伸 強(qiáng)度從51.4MPa提高到 158.0MPa 和 184.9MPa，斷裂伸長率從最初的 89% 下降到 4.5% 和3.8%；在較低拉伸強(qiáng)度的純尼龍1010中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10% 和 30% 的碳纖維，隨著碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，共混物拉伸強(qiáng)度從 26.7MPa 提高到71.1MPa和 102.8MPa，斷裂伸長率從最初的 277% 下降到10%和6.2%。隨著碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，共混物的結(jié)晶溫度逐漸增加、結(jié)晶度下降。     02
     Battegazzore等在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了尼龍1010 與谷殼灰、納米蒙脫土的熔融共混，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入10%和20%谷殼灰時(shí)，共混物拉伸強(qiáng)度從純尼龍1010的46.2MPa 下降到41.2MPa和36.4MPa，認(rèn)為這是由于存在界面缺陷和應(yīng)力從基體聚合物傳到填料的效率低造成的。他們采用Pukanszky模型描述了共混物的拉伸行為，證實(shí)了上述推論，當(dāng)加入 5% 的納米蒙脫土后，共混物拉伸強(qiáng)度增加到 44.0MPa。隨著谷殼灰濃度的提高，共混物熱變形溫度在0.46MPa 下從純 1010 的 109℃提高到 144℃ 和 174℃，加入 5% 的納米蒙脫土后，共混物的熱變形溫度超過180℃。
     03
     Mittal 等在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了尼龍1010 與石墨烯的熔融共混，研究了石墨烯的加入對聚合物鏈運(yùn)動、結(jié)晶的影響，發(fā)現(xiàn)尼龍1010無定形區(qū)的酰胺基團(tuán)與石墨烯發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)了石墨烯的層間剝離和在尼龍中的分散，當(dāng)石墨烯添加量為5%時(shí)，共混物拉伸模量達(dá)到了1780MPa，是純尼龍1010的1.8倍，屈服強(qiáng)度為44.7MPa，是純尼龍材料的1.4倍，斷裂伸長率從純尼龍的58%下降到 23%。共混物和純尼龍的熔融焓分別是 67.3J/g 和59J/g，同時(shí)聚合物熱穩(wěn)定性提高10℃。
     04
     Quiles-Carrillo 等在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了尼龍1010與板巖纖維的熔融共混，以含氧丙基和胺基硅烷偶聯(lián)劑對板巖纖維處理，顯著提高了尼龍1010 與纖維的相容性，以含氧丙基偶聯(lián)劑處理的板巖纖維增強(qiáng)效果最好，當(dāng)尼龍1010∶板巖纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為85∶15時(shí)，共混物的拉伸強(qiáng)度從純尼龍1010的(56.7±1.3)MPa增加到(111.2±1.4)MPa，而沖擊強(qiáng)度幾乎沒有下降，表現(xiàn)出良好的增強(qiáng) 效果。
     2.尼龍11增強(qiáng)改性
     在生物基尼龍?jiān)鰪?qiáng)改性的研究中，以木質(zhì)纖維素、木質(zhì)素及混合纖維作為增強(qiáng)填料對尼龍11的改性研究居多。這類天然纖維增強(qiáng)改性生物基尼龍材料具有良好的效果，纖維素或者木質(zhì)素等天然纖維中含有大量的羥基和含氧官能團(tuán)，在進(jìn)行熔融共混時(shí)，這些基團(tuán)可以與生物基尼龍中的酰胺基團(tuán)或者鏈末端的胺基和羧基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或氫鍵鏈接，這會顯著提高天然纖維在尼龍基體中的分散效果。當(dāng)這種復(fù)合材料受到外力沖擊時(shí)，良好的界面黏結(jié)性可以將基體受到的沖擊應(yīng)力有效的傳導(dǎo)到纖維中，從而提高材料力學(xué)性能。
     01
     Oliver-Ortega等在木質(zhì)纖維素增強(qiáng)尼龍11共混物制備、性能表征、性能計(jì)算等方面做了系統(tǒng)研究。Ortega等還研究了尼龍11與木質(zhì)纖維素共混物的沖擊強(qiáng)度和吸水行為，發(fā)現(xiàn)隨著木質(zhì)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%增加到60%，共混物缺口和非缺口沖擊強(qiáng)度逐漸下降；他們采用接觸角和菲克擴(kuò)散理論研究了共混物的吸水行為，發(fā)現(xiàn)隨著木質(zhì)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，材料的水接觸角下降、吸水性增加，在 23℃和40℃下，木質(zhì)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60%時(shí)，共混物菲克擴(kuò)散系數(shù)大于質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí)的兩倍。
     02
     此外，Sallem-Idrissi等以未作任何處理的木質(zhì)素為填充物在雙螺桿擠出機(jī)中對尼龍11進(jìn)行增強(qiáng)改性，制備了全生物基尼龍復(fù)合材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素的加入阻礙了尼龍11的結(jié)晶，提高了共混物屈服應(yīng)力和楊氏模量，但是共混物斷裂伸長率與木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)：當(dāng)木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于12.5%時(shí)，共混物斷裂伸長率與純尼龍11類似；當(dāng)木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于12.5%時(shí)，該指標(biāo)顯著下降。
     03
     Rohner 等在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了尼龍 11 與納米纖維素的熔融共混，發(fā)現(xiàn)納米纖維素沒有影響尼龍11基體的結(jié)晶行為，當(dāng)納米纖維素添加量為0.5%時(shí)，共混物拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別比純尼龍11提高了23%和67%。Landreau等則以羧甲基纖維素為相容劑在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了尼龍11與甘油改性淀粉的熔融共混，加入1%的相容劑 后，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù) 70% 的尼龍共混物拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別為20MPa和150%，表現(xiàn)出良好的 力學(xué)性能，流變學(xué)和電鏡（SEM）分析發(fā)現(xiàn)淀粉與尼龍呈現(xiàn)雙連續(xù)分布。
      04
     上述研究者都是采用單一纖維作為增強(qiáng)填料， Armioun等在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了尼龍11與木纖維/碳纖維混合纖維的熔融共混，發(fā)現(xiàn)共混物的拉伸強(qiáng)度比尼龍11/木纖維共混物高46%，當(dāng)加入聚丙烯之后，制備的共混物拉伸強(qiáng)度進(jìn)一步提高13%，沖擊強(qiáng)度提高58%，而且成本更低。電鏡照片發(fā)現(xiàn)纖維很好地分散到聚合物基體中，而且與基體有良好的黏附性，加入聚丙烯之后共混物的熱變形溫度比尼龍11/木纖維/碳纖維共混物高30℃。作者認(rèn)為尼龍11/聚丙烯/木纖維/碳纖維具有低密度、低成本、更高的力學(xué)性能，更適合應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。
     纖維作為增強(qiáng)填料，對尼龍11具有良好的增強(qiáng)效果，有的研究者采用蒙脫土（OMMT）、高嶺土等黏土作為增強(qiáng)填料對生物基尼龍進(jìn)行了改性研究。     3.生物基尼龍?jiān)鰪?qiáng)改性
     從上述研究可以看到，在生物基尼龍?jiān)鰪?qiáng)改性方面，研究者對尼龍11和尼龍1010的研究最為廣泛，對于其他生物基尼龍，如尼龍610、尼龍510、尼龍410，增強(qiáng)改性的研究相對較少。
     01
     Kind等通過代謝工程制備了戊二胺，與癸二酸進(jìn)行縮聚反應(yīng)制備了尼龍510生物基聚合物，特性黏數(shù)達(dá)到141mL/g，熔點(diǎn)215℃，與通用的尼龍6和尼龍66接近，密度只有 1.07g/cm 3 ，低于尼龍6和尼龍66的1.14g/cm 3 。他們在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了尼龍510與玻璃纖維的熔融共混，玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，并與同樣玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的尼龍6和尼龍66 共混物進(jìn)行了力學(xué) 性能對比，發(fā)現(xiàn)拉伸強(qiáng)度 155MPa， 略低于尼龍6和尼龍 66的179MPa和188MPa，斷裂伸長率3.9%，略好于尼龍6和66尼 龍的3.8%和3.7%，缺口沖擊強(qiáng)度12kJ/m 2， 優(yōu)于尼龍66的10kJ/m2 ，表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。
    02
     Leszczynska等在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行了尼龍410與乙酸處理的微晶纖維素的熔融共混，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后纖維素?zé)岱€(wěn)定性提高，更加有利于纖維素在尼龍基體中的分散，當(dāng)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 1%~ 5%時(shí)，共混物熔點(diǎn)和結(jié)晶溫度逐漸下降，儲能模量逐漸提高。
     生物基尼龍?jiān)鲰g改性
     對生物基尼龍進(jìn)行增韌改性時(shí)，由于增韌劑多為聚烯烴這種非極性材料，而尼龍屬于極性聚合物，為了實(shí)現(xiàn)兩者的有效共混往往需要加入接枝型相容劑，一般以馬來酸酐為接枝單體。在進(jìn)行熔融共混時(shí)，相容劑中接枝的馬來酸酐與尼龍鏈末端的胺基和羧基進(jìn)行原位增容反應(yīng)，生成的接枝物具有界面相容性，顯著提高了增韌劑分散效果。當(dāng)材料受到?jīng)_擊應(yīng)力時(shí)，基體材料可以很好地將應(yīng)力轉(zhuǎn)移到增韌劑分散相中，從而顯著提高材料韌性。