PET/PA6共混相容性研究

林鎮(zhèn)秒，葉海先，陳　欣，諶繼宗，李細(xì)林，嚴(yán)玉蓉( .華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州50640;.廣東新會美達(dá)錦綸股份有限公司，廣東江門5900 )

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PET/PA6共混相容性研究

林鎮(zhèn)秒1，葉海先1，陳欣2，諶繼宗2，李細(xì)林2，嚴(yán)玉蓉1
( 1.華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州510640;
2.廣東新會美達(dá)錦綸股份有限公司，廣東江門529100 )

摘要：采用轉(zhuǎn)矩流變儀制備了聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）/聚酰胺（PA6）重量比為80/20共混體系，通過DSC、SEM、XRD等測試研究了共混體系的相容性。研究結(jié)果表明，PA6作為分散相，隨機(jī)分布在連續(xù)相PET中，為“海-島”狀分散結(jié)構(gòu)。PET/PA6共混體系DSC曲線中兩次升溫過程中均出現(xiàn)兩個熔融峰（T(M1)/T(M2)；T(M3)/T(M4)），且T(M3)＜T(M1)，T(M4)＜T(M2)，說明該體系為熱力學(xué)不相容。PA6分散形態(tài)不均勻，二者相容性差；共混過程中兩組分各自結(jié)晶且相互影響，出現(xiàn)結(jié)晶相分離，PA6起到異相成核的作用，整體結(jié)晶度有所下降。

關(guān)鍵詞：聚酰胺；聚對苯二甲酸乙二醇酯；共混；相容性；結(jié)晶

滌、錦纖維混用，滌/錦復(fù)合纖維及非織造布在傳統(tǒng)紡織及產(chǎn)業(yè)用紡織品中的使用日益增多，纖維廢棄后的再生使用也涉及到聚酰胺和聚酯的相容性問題。其中聚酯類以PET為代表。PET具有較好的阻隔性和高的熱變形溫度，在較寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，長期使用溫度可達(dá)120℃，電絕緣性優(yōu)良，甚至在高溫高頻下，其電性能仍較好，但耐電暈性較差，不耐熱水浸泡，不耐堿。PET的玻璃化溫度較高，結(jié)晶速度比較慢，模塑周期長，成型周期長，成型收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差，結(jié)晶的成型呈脆性，耐熱性低，其產(chǎn)品在存儲和使用過程中，表面容易吸附塵埃，影響外觀效果[1-2]。因此，作為熱塑性合成纖維原材料的尼龍6和聚酯材料共混的相容性研究顯得尤為重要。本文通過密煉機(jī)制備了重量比為80/20的PET/PA6共混體系，通過DSC、SEM、XRD等測試研究了共混體系的相容性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料

PA6，M2400，廣東新會美達(dá)錦綸股份有限公司；PET，F(xiàn)D501中國石化上海石油化工股份有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)中采用的主要測試儀器和設(shè)備如表1所示。

表1　主要設(shè)備及儀器

1.3樣品制備

將PA6和PET在真空干燥箱中于110℃干燥12 h，按照重量比PET/PA6 = 80/20在PLASTI-CORDER型密煉機(jī)中加工，密煉溫度270℃，時間15 min，轉(zhuǎn)速35 r/min。

1.4性能測試

SEM測試：將共混體系樣品斷面在甲酸中浸泡48 h，充分刻蝕掉體系中的尼龍成分，再用蒸餾水洗凈樣品除去殘余甲酸，用烘箱烘干樣品后貼于導(dǎo)電膠，將樣品在真空條件下噴金2次，排布在樣品臺上掃描觀測，電壓20 kV。

DSC測試：取上述制備的共混樣品，切取5 ～10 mg放置在鋁坩堝中，蓋上坩堝蓋、壓實(shí)，放入儀器進(jìn)行測試。測試條件：氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min的速度從20℃升溫至300℃后恒溫5 min，然后以10℃/min的速度從300℃降溫至20℃，恒溫5 min，最后以10℃/min的速度從20℃升溫至300℃。

XRD測試：將待測樣品在280℃下加熱熔融，壓制成膜后在空氣中冷卻結(jié)晶，將樣品裝入真空鋁箔中保存，以備測試。測試條件：掃描速度5°/min，掃描范圍巧5°～ 90°，Cu靶，管壓40 kV，管流40 mA，λ= 0.15 418 nm。

2　結(jié)果與討論

2.1PET/PA6共混體系微觀結(jié)構(gòu)分析

從熱力學(xué)角度分析，PET、PA6為不相容體系，其共混結(jié)構(gòu)中PA6的微觀結(jié)構(gòu)及其分布狀態(tài)直接體現(xiàn)共混體系中二者的相容狀態(tài)。將PET/PA6共混體系用甲酸刻蝕，測得SEM如圖1所示。

圖1　PET/PA6共混體系刻蝕前后電鏡照片

圖1是PET/PA6共混體系刻蝕前后微觀結(jié)構(gòu)圖。由圖1可見，PA6作為分散相均以橢球型粒子分布在PET連續(xù)相中。部分PA6暴露于表面，部分則嵌入深埋在基體PET中。經(jīng)過甲酸刻蝕后，暴露或部分嵌入PET表面的PA6均溶解，出現(xiàn)分布不均勻的孔洞，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析軟件估算分散相粒徑如圖2所示。

圖2　PET/PA6共混體系中分散相PA分散粒徑分布圖

從圖2可以看出，PA6作為分散相分布在PET中，分散粒徑分布較寬。在共混體系中，分散相粒徑大小與多種因素有關(guān)，包括二者相容性，共混時二者的黏度相對大小，共混強(qiáng)度、共混溫度、共混時間及分子鏈間相關(guān)作用力等。

2.2PET/PA6共混體系熱性能分析

PET/PA6共混體系熱性能分析如圖3所示。

從圖3的可知，PET/PA6共混體系DSC曲線中兩次升溫過程中均出現(xiàn)兩個熔融峰（TM1/ TM2；TM3/TM4），且TM3＜TM1，TM4＜TM2，說明該體系為熱力學(xué)不相容，且共混后二者的熔融結(jié)晶溫度較單一聚合物有所提高，這可能是由于PA6和PET共混以后，它們能夠相互促進(jìn)對方結(jié)晶，共混體系的結(jié)晶能力比純組分有所提高的結(jié)果[3-4]。第二次升溫所測試得到的熔點(diǎn)均比第一次要低，這可能是隨著共混的進(jìn)行，會在一定程度上降低了共混體系中分子鏈的規(guī)整性，使熔點(diǎn)有所降低。

圖3　PET / PA6 (80/20)共混體系DSC分析曲線圖

DSC的降溫曲線可以明確的得到高分子聚合物的結(jié)晶峰，結(jié)晶高聚物的熔融熱結(jié)晶與冷結(jié)晶是不同的，冷結(jié)晶一般出現(xiàn)的溫度都較低，此時只有相鄰的大分子鏈段才能排入晶格，而熔融結(jié)晶則發(fā)生在熔化的高溫下，此時大分子鏈段活動相對比較自由，在降溫過程中容易產(chǎn)生大量的晶核，因此其峰值(Tc)和形狀常用于分析結(jié)晶高聚物的結(jié)晶過程，其峰形的尖銳程度可說明高聚物可形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的規(guī)整性和結(jié)構(gòu)的完整性[5-7]。

由圖3可見，PET/PA6共混體系表現(xiàn)出兩個明顯的結(jié)晶峰，共混以后，所有共混體系中PET的結(jié)晶溫度迅速提高，均在203 ～ 208℃之間，而PA6的結(jié)晶溫度則降低，這說明在共混過程中PA6和PET是分別結(jié)晶的，且相互影響，PA6作為分散相，起到了一定的異相成核的作用，PA6的加入影響二者的結(jié)晶狀態(tài)。PA6大分子鏈和PET側(cè)鏈反應(yīng)以及分子間氫鍵作用，使得PET的剛性鏈對PA6產(chǎn)生誘導(dǎo)成核，并使得PET的結(jié)晶溫度有較大的提高，這同時會成為PET固相成核的位點(diǎn)，使PET結(jié)晶溫度得以有效的增大[8]。

2.3PET/PA6共混體系結(jié)晶分析

圖4　PET/PA6共混體系及PET的XRD譜圖

圖4是PET/PA6和PET的XRD測試曲線對比圖，原料PET特征衍射峰分別有16.1°(0 1 1) /17.5°(010) /21.4°(1 1 1) /22.6°(1 1 0) / 26.0°(100) /28.0°(1 1 1) /32.7°(0 2 1) /41.9° (1 0 5)。根據(jù)報道[8]可知，純的PA6主要在21.4°(α1)和23.1°(α2)會出現(xiàn)α晶型的衍射峰，而共混以后PET/PA6體系從圖中可得知，在16.1°/17.6°/23.6°/25.8°出現(xiàn)了結(jié)晶特征峰，可清楚的看到α1處的結(jié)晶峰明顯消失，α2晶型的結(jié)晶峰變寬，共混過程中整體結(jié)晶度較純PET 和PA6有所降低。這與DSC分析結(jié)果一致。

3　結(jié)論

（1）PET/PA6是不相容體系，在共混體系中，重量比為20%的PA6作為分散相以橢球型粒子分布在PET連續(xù)相中，PA6分散粒徑分布較寬。

（2）PET/PA6共混體系DSC測試升溫過程中均出現(xiàn)各自的熔融峰，說明二者相容性不好。共混過程中PA6和PET是分別結(jié)晶的，且相互影響，PA6作為分散相，起到了一定的異相成核的作用，PA6的加入影響二者的結(jié)晶狀態(tài)。共混體系的結(jié)晶能力比純組分有所提高，但是結(jié)晶度降低。

參考文獻(xiàn)

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THE STUDY ON COMPATIBILITY OF PET/PA6 BLENDING

LIN Zhen-miao1, YE Hai-xian1, CHEN Xin2, CHEN Ji-zong2, LI Xi-lin1, YAN Yu-rong1
( 1.School of Materials Science and Engineering，Guangzhou，510640，China; 2.Guangdong Xinhui Meida Nylon Co.，Ltd，Jiangmen，529100，China )

Abstract：Described the use of a torque rheometer to prepare PET/polyamide 6 blending system with weight ratios 80/20，studied the blending compatibility by the methods of DSC，SEM，XRD，etc.Results showed that PA6 was distributed in the PET continuous phase randomly in a“sea-island”distribution structure as dispersed phase.The compatibility of PET/PA6 was not good.Two melting peaks (T(M1)/T(M2); T(M4)/T(M3)) and T(M3)＜T(M1)，T(M4)＜T(M2)，it proved the poor compatibility of the system.The PA6 and PET phases crystallized respectively and influenced each other during the blending process，resulting in crystalline phase separation.PA6 acted as a heterogeneous nucleation in PET/PA6 blending system.The crystallization degree of the blending system was lower than that of crystallization degree of pure PET and PA6.

Keywords:PA6，PET，blending，compatibility，crystallization

通訊作者：嚴(yán)玉蓉（1973-），女，四川德陽人，博士，副教授，主要研究纖維新材料成型加工，纖維及非織造材料功能化改性，靜電紡絲及納米纖維應(yīng)用。

作者簡介：林鎮(zhèn)秒（1992-），廣東汕尾人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榫埘０返暮铣杉案男浴?/p>

收稿日期：2016-03-09

文章編號：1672-500X (2016) 01-0001-04

中圖分類號：TQ323.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi:10.3969／j.issn.1672-500x.2016.01.001