經(jīng)過生物工程方法得到的尼龍原料經(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改性：
     1.尼龍1010增強改性
     與尼龍11增強改性所用的填料類似，研究者在對尼龍1010進行增強改性時采用的填料同樣以各種纖維、黏土為主。
     01
     Kuciel等在雙螺桿擠出機中進行了兩種拉伸強度不同的尼龍1010與碳纖維的熔融共混，在較高拉伸強度的純尼龍1010中加入質(zhì)量分數(shù)20%和 40%的碳纖維，隨著碳纖維質(zhì)量分數(shù)的提高，共混物拉伸 強度從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%；在較低拉伸強度的純尼龍1010中加入質(zhì)量分數(shù)10% 和 30% 的碳纖維，隨著碳纖維質(zhì)量分數(shù)的提高，共混物拉伸強度從 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)量分數(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等在雙螺桿擠出機中進行了尼龍1010 與谷殼灰、納米蒙脫土的熔融共混，發(fā)現(xiàn)當加入10%和20%谷殼灰時，共混物拉伸強度從純尼龍1010的46.2MPa 下降到41.2MPa和36.4MPa，認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，證實了上述推論，當加入 5% 的納米蒙脫土后，共混物拉伸強度增加到 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 等在雙螺桿擠出機中進行了尼龍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動、結(jié)晶的影響，發(fā)現(xiàn)尼龍1010無定形區(qū)的酰胺基團與石墨烯發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，促進了石墨烯的層間剝離和在尼龍中的分散，當石墨烯添加量為5%時，共混物拉伸模量達到了1780MPa，是純尼龍1010的1.8倍，屈服強度為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，同時聚合物熱穩(wěn)定性提高10℃。
     04
     Quiles-Carrillo 等在雙螺桿擠出機中進行了尼龍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效果最好，當尼龍1010∶板巖纖維的質(zhì)量分數(shù)比為85∶15時，共混物的拉伸強度從純尼龍1010的(56.7±1.3)MPa增加到(111.2±1.4)MPa，而沖擊強度幾乎沒有下降，表現(xiàn)出良好的增強 效果。
     2.尼龍11增強改性
     在生物基尼龍增強改性的研究中，以木質(zhì)纖維素、木質(zhì)素及混合纖維作為增強填料對尼龍11的改性研究居多。這類天然纖維增強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，在進行熔融共混時，這些基團可以與生物基尼龍中的酰胺基團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。當這種復(fù)合材料受到外力沖擊時，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)纖維素增強尼龍11共混物制備、性能表征、性能計算等方面做了系統(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度和吸水行為，發(fā)現(xiàn)隨著木質(zhì)纖維素質(zhì)量分數(shù)從20%增加到60%，共混物缺口和非缺口沖擊強度逐漸下降；他們采用接觸角和菲克擴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)量分數(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)量分數(shù)在60%時，共混物菲克擴散系數(shù)大于質(zhì)量分數(shù)20%時的兩倍。
     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中對尼龍11進行增強改性，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)量分數(shù)有關(guān)：當木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)低于12.5%時，共混物斷裂伸長率與純尼龍11類似；當木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)大于12.5%時，該指標顯著下降。
     03
     Rohner 等在雙螺桿擠出機中進行了尼龍 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，當納米纖維素添加量為0.5%時，共混物拉伸強度和沖擊強度分別比純尼龍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中進行了尼龍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)量分數(shù) 70% 的尼龍共混物拉伸強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填料， Armioun等在雙螺桿擠出機中進行了尼龍11與木纖維/碳纖維混合纖維的熔融共混，發(fā)現(xiàn)共混物的拉伸強度比尼龍11/木纖維共混物高46%，當加入聚丙烯之后，制備的共混物拉伸強度進一步提高13%，沖擊強度提高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。
     纖維作為增強填料，對尼龍11具有良好的增強效果，有的研究者采用蒙脫土（OMMT）、高嶺土等黏土作為增強填料對生物基尼龍進行了改性研究。     3.生物基尼龍增強改性
     從上述研究可以看到，在生物基尼龍增強改性方面，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，與癸二酸進行縮聚反應(yīng)制備了尼龍510生物基聚合物，特性黏數(shù)達到141mL/g，熔點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中進行了尼龍510與玻璃纖維的熔融共混，玻纖質(zhì)量分數(shù)30%，并與同樣玻纖質(zhì)量分數(shù)的尼龍6和尼龍66 共混物進行了力學(xué) 性能對比，發(fā)現(xiàn)拉伸強度 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等在雙螺桿擠出機中進行了尼龍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，當纖維素質(zhì)量分數(shù)在 1%~ 5%時，共混物熔點和結(jié)晶溫度逐漸下降，儲能模量逐漸提高。
     生物基尼龍增韌改性
     對生物基尼龍進行增韌改性時，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。在進行熔融共混時，相容劑中接枝的馬來酸酐與尼龍鏈末端的胺基和羧基進行原位增容反應(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。當材料受到?jīng)_擊應(yīng)力時，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。