聚烯烃/尼龙合金材料的性能

塑料2011年40卷第1期江水青等- - -棄爝烃/尼龙合金材料的性能聚烯烃/尼龙合金材料的性能江水青,李海玲,袁芳(青岛大学应用技术学院,山东,青岛266061)摘要:为了改善尼龙6的综合性能,采用聚烯烃与其复合,制得高分子合金材料,对复合材料的结构和性能进行分析。结果表明:聚烯烃和尼龙6在相容剂的作用下可以较好地复合,并有效地降低了PA6的吸湿性,提高制品的尺寸稳定性;随着相客剂用量的增加,合金体系的拉伸强度、断裂伸长率都有所提高; PA6的低抗冲击性、低温韧性也得到有效的改善。关键词:聚烯烃;尼龙6;相容剂;合金;性能中图分类号:TQ323.6文献标识码:A 文章编 号:1001 - 9456(2011)01 -0032 -04The Properties of Polyolefin/Nylon AlloyJIANG Shui-qing, LI Hai-ling, YUAN Fang(Institute of Technology Qingdao University , Qingdao , Shandong 266061 ,China)Abstract:In order to improve the comprehensive performance of nylon 6. The polymer alloy materials was prepared withpolyolefin , the structure and properties of the composite were analyzed. Results showed that the polyolefin and nylon 6 couldcomposited well by compatibilizer , and could efectively reduce the hygroscopicity of PA6 , improve the dimension stability of theproducts. W ith an increasing in the amount of compatibilizer, the tensile strength and elongation at break of alloy system wereimproved. Low impact resistance of PA6 and low temperature toughness were efectively improved.Key words:polyoefn;nylon 6 ;compatibilizer; aly ;property聚合物合金是功能性的新型材料,也是聚合物实现高性能接枝马来酸酐为例介绍反应机理":化、精细化、发展新品种的主要途径之- - ,它的品种千变万化,性●- t -CHCHcH+-.能优异,加工周期短,针对性强,已广泛应用于电子、电气设备、+cucHcn5+. +。家用电器、汽车等许多方面。0。0而发展高性能功能性尼龙合金(如耐高温合金、高强度合金、高刚性合金导电性合金、电磁屏蔽合金等)是高分子材料(1)高性能化研究的主要方向。尼龙合金的专用化成为工程塑料应其中有机过氧化物通常采用过氧化苯甲酰( BPO)或过氧化二异用的主流。丙苯(DCP)等。尼龙是分子间能形成氢键,且有一定反应活性的结晶性聚接枝分机械接枝法、溶液滴加法或引发一次投料法等2]。合物。尼龙有很多的优点,如优良的力学性能、耐磨性、自润性、制备方法有以下几种: .耐腐蚀性和成型加工性。但是尼龙的吸水性大,影响制品的尺1)普通机械共混法[']又称物理混合法,其中包括粉料共寸稳定性和电性能。在PA中加人聚烯烃类塑料,可以有效地混、溶液共混、乳液共混、熔体共混。降低PA的吸湿性,提高制品的尺寸稳定性,提高PA的抗冲击2)接枝共聚法'是聚合物单体在聚合物的主链上发生聚性,PA的低温韧性得以有效地改善。单纯的聚烯烃与PA是不合反应的过程。该法所制得高分子合金仍是一个宏观的物理共相容的,需要加入相容剂合成聚烯烃/PA合金。接枝共聚或嵌混聚合物体系。段共聚是合成高分子相容剂的有效方法。3)嵌段共聚法5] ,该法嵌段共聚物的结构必须科学设计和实验中用马来酸酐改性类增容剂就是通过聚烯烃与马来酸严格控制,才能获得所期望的卓越性能,其合成工艺比较特殊。酐接枝共聚而成,在有过氧化物存在的条件下进行,式(1)以PP?有效地生成极徼细的中国煤化工●收稿日期:2010-06 -13FYHCNMHG基金项目:青岛大学青年基金项目(2008)资助。作者简介:江水青(1975 -),女,硕士.研究方向:塑料合金材料。Emil:jgqbsjh@ 163. com。一32-塑料江水青等-一聚烯烃/尼龙合金材料的性能2011年40卷第1期聚合物乳化粒子。2结果与讨论5)反应挤出法["] ,在双螺杆挤出机中,在进行化学反应的2.1 SEM 电镜扫描照片同时完成共混为该法的特点。图片1所示是缺口抗冲样条在破断后,所拍到的断面SEM实验中,采用反应挤出制备相容剂。照片。1实验1.1 原料UHMWPE:M=2 x10* ,北京助剂二厂;HDPE:石家庄化纤有限责任公司;PP:中国石油天然气股份有限公司大庆石化公司;，a)([hPA-6:石家庄化纤有限责任公司;马来酸酐:分析纯,北京益利精细化学品有限公司;引发剂DCP:分析纯，上海化学试剂采购供应站联营企业中心化工厂;己内酰胺:分析纯; .硬脂酸钙:工业级,市售。(e(d1.2 实验设备高速混合机:CH-10A,北京市塑料机厂;双辊简塑炼机:无锡市新华橡胶机械厂;架盘药物天平:JYT-5,上海医用激光仪器厂;塑料注射成型机:FT-90,浙江申达塑料机械公司;同向双螺杆挤出机:KS-20,昆山科信橡塑机械有限公司;(a) PA/HDPE;(b) PA/HDPE/HDPE-g-MAH:(e) PA/PP;(d) P/PPP.g-MAH:微机控制全数字化电子万能试验机: RC3020,深圳市瑞格(e) PA6/UHMWPE:() PA6/UHMWPE/UHMWPEgMAH.尔仪器有限公司;圈1复合物冲击断面形态( x1.5万)电子简支梁冲击机:河北承德金建检测仪器公司;扫描电子显微镜:JSM-840,JEOL日本电子有限公司。从图片中可以看出,在不加相容剂的情况下,即体系未经接1.3实验方法 .枝则共混物中弹性体分散相尺寸较大,且有较广的分布;体系改按比例值称取DCP和己内酰胺(CALA)溶于少量的分散剂性后,分散相尺寸较小且分布均匀。而且断面SEM照片还可以(乙醇)中,与粉状MAH.CaSt,和粒料聚烯烃在高速混合机中混看出,体系未经接枝直接和尼龙6共混其断裂处光滑,呈脆性断合10-15 min,使之分散均匀,取出物料在通凤处凉置一段时裂,表面有柱状隆起物和空滑,这表明样条断裂时断裂路线经过间,以挥发除去分散剂。弹性体和尼龙的界面,弹性体粒子从尼龙树脂相中被拔了出来，将混合成块状的相容剂放进粉碎机中,粉碎成颗粒状。再说明两相粘结作用差,界面是相对薄弱环节,增韧效果不好;而将粒料投人双螺杆挤出机中,充分混合,挤出造粒。制得混合均弹性体经接枝后共混制得的增韧尼龙,断面粗糙不平,突起部分匀的相容剂。不能被弹性体的溶剂所蚀刻,说明断裂面在尼龙6的连续相,不将聚烯烃、相容剂和PA6置于真空烘箱中干燥一天,再把在两相界面,断裂处尼龙6被延展伸长成韧性断裂,说明加人相经过严格干燥的聚烯烃相容剂接枝物和PA6按-定比例充分容剂后,改善了 PA6和树脂的两相相容性,提高了PA6与树脂混合均匀后在双螺杆挤出机中进行熔融接枝反应,经冷却、切粒之间的界面粘合力,增韧效果大大提高,结果表明:增韧尼龙6制成粒料。的力学性质和用SEM观测到的形态结构是一-致的。经挤出的复合材料粒料在82 C下烘干,然后再加入到注塑2.2 PA6/HDPE机中注塑成为标准试样。共混体系的基本配方为HDPE/PA6 = 80/20'*) ,反应挤出温拉伸实验按照GB1040-92方法进行;度为200C,实验配方如表1,合金的各项性能如图2所示。简支梁缺口冲击实验按照CB1043-93方法进行;中国煤化工量的增加,合金的拉伸夸曲强度按照GB9341-88方法进行;强0H.CNMH(分时达到最大值,然后缓吸水率按照GB1034-86方法进行;SeM观察:样品断口经喷金处理。中可以看到,合金的冲击强度随PE-g-MAH用量增加得到明显33一塑料2011年40卷第1期江水青等一豪烯烃/尼龙合金 材料的性能提高,当PE-g-MAH用量为1.5份时,合金冲击强度升至最高,R. Conzalez -nunez研究凝聚作用对PA6/HDPE体系分散相随后继续增加PE-g-MAH用量则对冲击强度影响不大;弯曲强终态结构的影响,结果表明:决定分散相最终相态的只是单个颗度随PE-g-MAH用量增加略有下降。粒的形变。在HDPE 分子链上引人酸酐基团如马来酸酐表1基本配方1(MAH)后再与PA6熔融共混,这些活性基团可与PA6末端的序号PA6HDPEHDPE-g-MAH氨基实现反应增容,提高两相界面粘接力,改善共混性能。80200MAH对HDPE/PA6体系的反应挤出共混结果表明:MAH对不.0同配比的共混体系均有明显的增容作用。.5如图2(c)中所示,加入相容剂后,合金体系的含水率有明2.5显下降。50r] 1000p172.0p1.8-45|1925|1.6-40。丹三20-+◆70业 色“60素墨盛0.80.60.s-‘440.2.0 1.5 20 2.501.0 1.5 2.0 2.50.5 1.01.5 2.0相容剂的含量/份PE- g-MAH的用量/份(b)()團2 PE-g-MAH 的用量对HDPE/PA6共混体系的性能影晌2.3 PA/PP表2基本配方2PA6与PP的共混改性研究很多。根据R Holsiti的研究,使号A6PPP-g-MAH70用多种增容剂来研究PA6合金共混体系,马来酸酐接枝PP使2PA6/PP-g-MAH共混体系在干态及湿态条件下的缺口和无缺口冲击强度均优于纯PA6。30实验中选PA6/PP = 70/30时间),随着PP_g-MAH 添加量的表3注塑工艺参敷增加,合金体系基本配方如表2,注塑工艺参数如表3,各项性能如图3所示。艺料简温度/C螺杆注塑保压预塑保压冷却由图3(a).(b)可以看出,加人相容剂可以改变PP/PA塑条件后部中部前部转速/压力/压力/背压/时间/时间/(r/min) MPa MPa MPa :。料合金的性能,随着相容剂含量的不断增加,拉伸强度与断裂伸.参数225237_243120 110 0.0 30长率都呈现先增大后域小的趋势。33.0p3510.974332.5+4:32.0-10.7+.st315.三10.+25号.i成10繁31.0腮10.4-30.5-的. 是10.3-8都30.0-10.2 t29.5|10.1+-329.0L10J100.0中国煤化工广15，.20 25相容剂的用量/份相容剂的用量容剂的用量/份)a)b)TYHCNMHG(e)團3 PP-g-MAH 的用量对PP/PA6共混体系的性能影响一34一塑料江水青等一秦烯烃/尼龙合 金材料的性能2011年40卷第1期当相容剂的含量增加到5份时,PP/PA6合金的弯曲、拉伸从图3(c)中可以看出,合金的吸水率与纯PA6比较,有明强度达到峰值。这是由于加人适量的相容剂时,PP-g-MAH相显的改善。容剂使PP/PA6体系的表面能降低，界面间的作用力增大,使两2.4 PA6/UHMWPE相相容性得到改善,表现为合金的弯曲强度和拉伸强度增大;当PA6/UHWMPE取90:8,改变相容剂UHWMPE-g-MAH的用相容剂用量为5份时刚好达到平衡状态;当超过5份时,多余的量,讨论合金材料的性能1011。基本配方如表4所示,各项性PP-g-MAH相容剂在合金中自成一相,在一定程度上影响了合能测试如图4所示。金的相容性,故而使合金的弯曲强度和拉伸强度有所下降。表4基本配方3PA6/PP-g-MAH共混物的冲击强度明显高于PP/PA6共混序号PA6UHWMPEUHWMPE-g-MAH物。接枝改性后PP与PA6共混物的流动性会发生变化,影响010对材料加工过程的控制。PP-g-MAH/PA6 共混物的非牛顿性比15PP/PA6共混物强。在--定的剪切速率范围内，PP-g-MAH/PA6)02(共混物的熔体黏度比PP/PA6共混物熔体黏度高。0_2η212.0r45-2-8.07.543-65|7.0孟鼻.然兴1.0-电60-午。-6.5鹏41十16盛遇40-4-155-◆0.5s.s39 t380 10;20”2513一 1015 20 25.00010152025相容剂的含量/份b)(c圄4 UHMWPE-g-MAH 的用f对UHMWPE/PA6共混体系的性能影晌从图4(a)中可知,相容剂用量增加,共混物的拉伸强度、断参考文献:裂伸长率先升高而后在用量大于15份时又下降;分析认为,相1] 邓如生.共混改性工程塑料[M]北京:化学工业出版社,003:容剂的加入降低了PA6的结晶度,使分子间的作用力减小,因273.此拉伸强度、断裂伸长率下降。图4(b)中看到冲击强度增加，[2] J H Bungey. Development priortie for non-destructive examination ofconcrete structurea in nuclear plant[J]. Plastic Technology , 1998 ,44且当相容剂用量多时,共混物的冲击强度越大;而弯曲强度在相(8) :566容剂为15份时开始下降;这是因为相容剂的加入增大了体系的[3] 王益龙,邹晓天 ,张玉凤,等. PA66与PE-g-MA的挤出反应及应用无定形区,体现为较好的韧性。因而，加入相容剂的用量为15[J].合成树脂及塑料2000.17(4):40份为佳。[4] 李敏,刘长维,李小宁,等. 低温增韧尼龙6的制备与研兖[].从图4(c)可以看出,加入相容剂后大大改善PA6的吸水塑料,0090 ,38(2) :59 -61.[5] 王经武. 塑料改性技术[M].北京:化学工业出版社,2004.率。使制品尺寸稳定性有一定的改善。[6] 钱伯章. 塑料合金的研发进展[].国外塑料,207 ,25(9):61.3结论[7] 陈立军,陈丽琼, 张欣字,等.马来酸酐接枝橐丙烯的方法及其发1)尼龙加人秦烯烃后的合金体系中加人适量的相容剂能展[].合成树脂及塑料,2006 ,23(6) :68 -71.有效提高共混合金的拉伸强度、断裂伸长率,有效的提高低温抗[8]樊晓华,李光,杨胜林,等. PA6注塑用专用料的研制[C].005年冲击性。全国高分子学术论文报告会论文摘要集,005.2)加入相容剂后,所有合金体系的吸水率与纯PA6比较，[9] 伍玉娇, 王钰,杨红军,等.马来酸酐搂枝物对PP/PA6共混物相容剂的影响[J].工程塑料,2007 ,35<11):8-11. .有明显的改善。提高了制品尺寸的稳定性。[10]江水者UHEMWE/PA6马ARS/PA6合令材料的研究[D].青岛:3)SEM观察结论由试样冲击断面的SEM照片中可以看中国煤化工出:由于相容剂的加人明显改善了PA6和树脂两相的相容性，[YHCN M H G%[D].天律:天律科技大树脂粒子在共混物中分布均匀,分散粒径变小。(本文编辑CZW)一35一