研究PA6與氨綸廢絲共混物的性能

張佳陽　茹巧榮

摘 要：聚己內(nèi)酰胺（尼龍6）是目前應用最廣泛的一類通用工程塑料，彈性體增韌聚酰胺是聚酰胺共混的一個重要方向。同時，氨綸的生產(chǎn)量每年都在增加，氨綸廢絲的回收與再利用研究已經(jīng)成為亟待解決的重要課題。若能將氨綸廢絲與聚己內(nèi)酰胺共混，既能變廢為寶，又是增韌聚酰胺的新方法。為此，本課題主要研究的是如何將氨綸廢絲與聚己內(nèi)酰胺共混以及共混后共混物的性能，研究發(fā)現(xiàn)，聚己內(nèi)酰胺與氨綸廢絲共混后材料的韌性得到了提高。

關鍵詞：聚己內(nèi)酰胺 氨綸廢絲 共混 性能研究

中圖分類號：TB332.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0108-02

聚己內(nèi)酰胺是重要的工程塑料，對其進行改性可以得到性能多樣的產(chǎn)品，拓寬其應用領域。氨綸的學名是聚氨基甲酸酯彈性纖維，近年來氨綸產(chǎn)業(yè)越來越受到人們的重視，氨綸的產(chǎn)量成幾何倍數(shù)增長。氨綸大量的生產(chǎn)與使用也產(chǎn)生了大量氨綸廢絲。對于氨綸廢絲，人們一般采取掩埋或是燃燒的方法進行處理，不過這樣使大量的化工原料得不到合理的利用，并且還會造成環(huán)境的污染，不符合我們國家所倡導的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，對廢棄的氨綸進行合理的回收再利用已成為一個化工行業(yè)所要面對和解決的問題。

目前，對氨綸的主要成分——聚氨酯廢棄物的回收利用采用的一種基本方法是化學回收方法，化學回收的方法有熱裂解法、醇解法、水解法、堿解法等。但上述化學方法回收的廢棄聚氨酯多為聚氨酯泡沫、彈性體等[1]。對氨綸廢絲進行回收利用方面的研究尚未見報道。為了解決氨綸廢絲的問題，本課題采用機械共混的方法將聚己內(nèi)酰胺和氨綸廢絲共混，利用氨綸廢絲優(yōu)異的回彈性增韌聚己內(nèi)酰胺。

1 實驗部分

1.1 原料

氨綸廢絲：新鄉(xiāng)白鷺化纖集團有限責任公司；聚己內(nèi)酰胺：廣東新會美達錦綸股份有限公司。

1.2 實驗所用的儀器和設備

TE-34型雙螺桿擠出機：南京科亞-塑料機械有限公司；F80WZ型精密注塑機：寧波海天塑機有限公司；ZBC-30B沖擊性能測試儀：深圳新三思-計量技術有限公司；CMT5104微控電子萬能試驗機：深圳新三思-計量技術有限公司；SHR-5A型高速共混機：張家港市銀豐機械廠；DGG型電熱恒溫鼓風自動程控干燥箱：鄭州市亞榮儀器有限公司；X-4數(shù)字顯示顯微熔點測定儀：北京泰克儀器有限公司。

1.3 試樣制備

將氨綸絲剪成5cm左右的段狀加入雙螺桿擠出機中一次擠出后，將處理后的氨綸料同干燥后的聚己內(nèi)酰胺在高速共混機中共混10min，共混后再次加入雙螺桿擠出機中在220°C左右擠出造粒；100°C干燥6h后注塑成型。

1.4 試樣力學性能測試

對復合材料的拉伸性能，彎曲性能和缺口沖擊強度進行測試。復合材料的力學性能在微控電子萬能試驗機上，按照國標GB/T 104-92連續(xù)加載，拉伸速度20mm/min，每五次實驗的平均值作為測試結(jié)果。

1.5 試樣熔點測定

對制得的樣品，每組削取少量碎屑，進行熔點測定。每組測3次再求平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚己內(nèi)酰胺/氨綸復合材料的熔點測定

表1為復合材料熔點的變化。氨綸的熔點在170℃左右，聚己內(nèi)酰胺的熔程在218°C～222℃左右。由表見，隨氨綸含量的增加，復合材料的熔點降低，當氨綸含量為30%時復合材料的熔點最低，其主要原因可能是氨綸是非晶聚合物，它的加入破壞了聚己內(nèi)酰胺規(guī)整的結(jié)晶結(jié)構，使結(jié)晶度降低，熔點下降。熔點的測定為擠出注塑工藝條件提供了依據(jù)。

2.2 聚己內(nèi)酰胺（PA6）與擠出后的氨綸共混后的力學性能

擠出后的氨綸強度很低，故隨著氨綸含量的增加聚合物成型條件發(fā)生變化，當氨綸含量超過40%時，聚合物成型較為困難，50%以后的聚合物基本不能成型。

由表2所示，隨氨綸含量的增加復合材料的拉伸強度是逐步下降的，分析其原因是因為氨綸廢絲作為分散相，PA6為連續(xù)相。氨綸廢絲的彈性模量低于PA6的彈性模量；對于共混改性的塑料，若基體樹脂的彈性模量高于分散相，則在拉伸應力的作用下，產(chǎn)生的熱縮應力及應力集中效應，而即便在不太大的平均拉伸應力下就能使得PA6基體樹脂引發(fā)大量的銀紋或剪切帶，從而使共混物的屈服應力下降，拉伸強度下降[2]。從微觀上來說，氨綸廢絲的共混，由于柔性的氨綸分子鏈與PA6分子鏈發(fā)生強烈的相互作用和纏繞，使PA6的結(jié)晶行為出現(xiàn)變化，導致聚己內(nèi)酰胺結(jié)晶度下降，表現(xiàn)為拉伸強度和剛性下降。

隨氨綸含量的增加，復合材料的斷裂伸長率先升高后降低，20%為最大值，并且斷面粗糙有絲狀物，表現(xiàn)出典型的韌性斷裂特性。氨綸廢絲能較高效地分散于聚己內(nèi)酰胺基質(zhì)中，是由于少量的極性聚氨酯和極性PA6具有良好的工程相容性，同時氨綸分子與PA6分子鏈間的相互作用及纏繞，影響了PA6分子鏈的有序排列，阻礙了PA6的正常結(jié)晶，致使PA6的非晶相部分增加。同時，二者的共混物分子鏈沿受力方向容易發(fā)生取向，分子的柔順性大大提高；再者，由于聚氨酯與PA6分子間的作用力弱于PA6分子間的相互作用，在拉伸應力下，聚氨酯的分子鏈比較容易發(fā)生滑移、解纏，這種情況下它會吸收拉伸能量而發(fā)生宏觀塑性形變。聚氨酯分子鏈的天然柔順性使其在拉伸應力下會有利于材料以形變的方式吸收能量。這些因素都使得氨綸和PA6共混材料的斷裂伸長率大大增加。可是，隨著氨綸的含量繼續(xù)升高，高含量的聚氨酯因為它容易形成具有一定厚度的界面層，甚至發(fā)生團聚現(xiàn)象從而導致分散不均勻，即分散效率下降，這會使共混物的斷裂伸長率下降。

從表2中可以看出，彎曲強度和彎曲模量隨著氨綸含量的不斷增加，氨綸和PA6共混材料的彎曲強度和彎曲模量持續(xù)下降，在氨綸的含量在30%之前下降較為緩合，30%之后劇烈下降。這與拉伸強度變化的規(guī)律相同，也是由于氨綸在聚己內(nèi)酰胺樹脂基體中分散不均，成為應力集中物而造成的。

沖擊強度如表2所示，隨著氨綸含量的增加，復合材料的沖擊強度現(xiàn)增加后降低。在30%時達到最大，是聚己內(nèi)酰胺的1.5倍左右。并且，沖斷口的附近有大范圍比較明顯的應力發(fā)白現(xiàn)象，并且靠近斷口位置越近應力發(fā)白越顯著[3]。聚己內(nèi)酰胺屬于低溫脆性材料，其所對應的形變是有限的銀紋化形變。當將氨綸廢絲加入到PA6基體中以后，由于二者的極性基團間的氫鍵相互作用，從而在很大程度上改善了基體樹脂與分散相的相容性，使得二者的共混材料的韌性增加，從而出現(xiàn)剪切屈服形變。同時，剪切帶以及大量的銀紋的產(chǎn)生和增大都要消耗大量的能量，能有效的終止銀紋和剪切帶，使其不至于發(fā)展成裂紋而導致材料的破壞，因而能夠顯著地提高材料的沖擊強度。

3 結(jié)語

聚己內(nèi)酰胺的熔程是218℃～222℃，氨綸的熔點在170℃左右，若將氨綸加入到聚己內(nèi)酰胺中后，復合材料的熔點隨氨綸含量的增加而略為降低，這為確定聚己內(nèi)酰胺/氨綸復合材料的加工工藝條件提供了依據(jù)。

氨綸廢絲加入到聚己內(nèi)酰胺中，取氨綸含量為20%的配方為最優(yōu)配方，此時材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量下降不大，但材料的斷裂伸長率和沖擊強度均有了相當大的提高。達到了用氨綸廢絲增韌聚己內(nèi)酰胺的目的。

綜上，氨綸廢絲的加入的確起到了增韌聚己內(nèi)酰胺的作用，但強度有略微降低；若引入合適的微交聯(lián)劑，有望實現(xiàn)增強有增韌。

參考文獻

[1] Modesti M，Simioni F.Recycling of microcellular polyurethane elastomer waste[J]. Journal of Elastomers and Plastics，1992（24）：288-305.

[2] 鄧如生.聚酰胺樹脂及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002：552-556.

[3] 王經(jīng)武.塑料改性技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.