張佳陽　茹巧榮

摘 要：聚己內(nèi)酰胺（尼龍6）是目前應(yīng)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(gè)重要方向。同時(shí)，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(guān)鍵詞：聚己內(nèi)酰胺 氨綸廢絲 共混 性能研究

中圖分類號(hào)：TB332.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）12（c）-0108-02

聚己內(nèi)酰胺是重要的工程塑料，對(duì)其進(jìn)行改性可以得到性能多樣的產(chǎn)品，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。氨綸的學(xué)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(zhǎng)。氨綸大量的生產(chǎn)與使用也產(chǎn)生了大量氨綸廢絲。對(duì)于氨綸廢絲，人們一般采取掩埋或是燃燒的方法進(jìn)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(huì)造成環(huán)境的污染，不符合我們國家所倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，對(duì)廢棄的氨綸進(jìn)行合理的回收再利用已成為一個(gè)化工行業(yè)所要面對(duì)和解決的問題。

目前，對(duì)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(xué)回收方法，化學(xué)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(xué)方法回收的廢棄聚氨酯多為聚氨酯泡沫、彈性體等[1]。對(duì)氨綸廢絲進(jìn)行回收利用方面的研究尚未見報(bào)道。為了解決氨綸廢絲的問題，本課題采用機(jī)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(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

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

1.2 實(shí)驗(yàn)所用的儀器和設(shè)備

TE-34型雙螺桿擠出機(jī)：南京科亞-塑料機(jī)械有限公司；F80WZ型精密注塑機(jī)：寧波海天塑機(jī)有限公司；ZBC-30B沖擊性能測(cè)試儀：深圳新三思-計(jì)量技術(shù)有限公司；CMT5104微控電子萬能試驗(yàn)機(jī)：深圳新三思-計(jì)量技術(shù)有限公司；SHR-5A型高速共混機(jī)：張家港市銀豐機(jī)械廠；DGG型電熱恒溫鼓風(fēng)自動(dòng)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(diǎn)測(cè)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(jī)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(jī)中共混10min，共混后再次加入雙螺桿擠出機(jī)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(xué)性能測(cè)試

對(duì)復(fù)合材料的拉伸性能，彎曲性能和缺口沖擊強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。復(fù)合材料的力學(xué)性能在微控電子萬能試驗(yàn)機(jī)上，按照國標(biāo)GB/T 104-92連續(xù)加載，拉伸速度20mm/min，每五次實(shí)驗(yàn)的平均值作為測(cè)試結(jié)果。

1.5 試樣熔點(diǎn)測(cè)定

對(duì)制得的樣品，每組削取少量碎屑，進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)定。每組測(cè)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(fù)合材料的熔點(diǎn)測(cè)定

表1為復(fù)合材料熔點(diǎn)的變化。氨綸的熔點(diǎn)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(fù)合材料的熔點(diǎn)降低，當(dāng)氨綸含量為30%時(shí)復(fù)合材料的熔點(diǎn)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(gòu)，使結(jié)晶度降低，熔點(diǎn)下降。熔點(diǎn)的測(cè)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(xué)性能

擠出后的氨綸強(qiáng)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(dāng)氨綸含量超過40%時(shí)，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(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度是逐步下降的，分析其原因是因?yàn)榘本]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(duì)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(yīng)力的作用下，產(chǎn)生的熱縮應(yīng)力及應(yīng)力集中效應(yīng)，而即便在不太大的平均拉伸應(yīng)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(yīng)力下降，拉伸強(qiáng)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(qiáng)烈的相互作用和纏繞，使PA6的結(jié)晶行為出現(xiàn)變化，導(dǎo)致聚己內(nèi)酰胺結(jié)晶度下降，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度和剛性下降。

隨氨綸含量的增加，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)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(shí)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(shí)，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(yīng)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(huì)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(yīng)力下會(huì)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(zhǎng)率大大增加?？墒?，隨著氨綸的含量繼續(xù)升高，高含量的聚氨酯因?yàn)樗菀仔纬删哂幸欢ê穸鹊慕缑鎸樱踔涟l(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象從而導(dǎo)致分散不均勻，即分散效率下降，這會(huì)使共混物的斷裂伸長(zhǎng)率下降。

從表2中可以看出，彎曲強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(yīng)力集中物而造成的。

沖擊強(qiáng)度如表2所示，隨著氨綸含量的增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度現(xiàn)增加后降低。在30%時(shí)達(dá)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(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象，并且靠近斷口位置越近應(yīng)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(duì)應(yīng)的形變是有限的銀紋化形變。當(dāng)將氨綸廢絲加入到PA6基體中以后，由于二者的極性基團(tuán)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(shí)，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(dǎo)致材料的破壞，因而能夠顯著地提高材料的沖擊強(qiáng)度。

3 結(jié)語

聚己內(nèi)酰胺的熔程是218℃～222℃，氨綸的熔點(diǎn)在170℃左右，若將氨綸加入到聚己內(nèi)酰胺中后，復(fù)合材料的熔點(diǎn)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(fù)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(shí)材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量下降不大，但材料的斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度均有了相當(dāng)大的提高。達(dá)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(qiáng)度有略微降低；若引入合適的微交聯(lián)劑，有望實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)有增韌。

參考文獻(xiàn)

[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(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：552-556.

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