摘 要：為研究三聚氰胺氰尿酸（Melamine cyanurate，MCA）阻燃改性聚酰胺6（PA6）的可紡性，采用雙螺桿擠出機(jī)制備了不同含量的MCA改性PA6，并分別采用差示掃描量熱儀、熱重分析儀和旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)試樣的熔融結(jié)晶性、熱穩(wěn)定性和流變性能進(jìn)行研究，分析了不同頻率掃描和MCA添加比例對(duì)聚合物性能的影響。結(jié)果表明：MCA改性PA6具有更高的結(jié)晶溫度，低添加比例的MCA可以促進(jìn)PA6的結(jié)晶行為，高比例MCA的添加會(huì)阻礙PA6的結(jié)晶；MCA降低了PA6的熱分解速率，并提高了它的熱穩(wěn)定性；MCA的加入和溫度對(duì)材料的流變性能影響較大，MCA改性PA6為假塑性流體，在低剪切速率區(qū)具有剪切變稀現(xiàn)象，MCA添加量越大，材料的黏度越大，流動(dòng)性越差，剛性及強(qiáng)度越好；溫度越高，材料的黏度越小，流動(dòng)性越好，當(dāng)溫度達(dá)到275℃時(shí)黏度過(guò)小不利于紡絲。研究結(jié)果對(duì)MCA阻燃改性PA6纖維的實(shí)際生產(chǎn)具有理論參考意義。

關(guān)鍵詞：聚酰胺6；三聚氰胺氰尿酸；阻燃改性；動(dòng)態(tài)流變

中圖分類號(hào)：TQ342.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2024）09-0048-08

收稿日期：2023-12-28

網(wǎng)絡(luò)出版日期：2024-03-23

基金項(xiàng)目：浙江理工大學(xué)研究生培養(yǎng)基金項(xiàng)目（2023）

作者簡(jiǎn)介：俞曉（1998—），女，浙江杭州人，碩士研究生，主要從事功能高分子材料改性及其合成加工技術(shù)方面的研究。

通信作者：張順花，E-mail：zshhzj@zstu.edu.cn

近年來(lái)，中國(guó)聚酰胺纖維行業(yè)發(fā)展迅速，生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新，為紡織產(chǎn)業(yè)提供了大量新而優(yōu)的纖維原料。聚酰胺纖維是國(guó)產(chǎn)纖維中產(chǎn)量?jī)H次于聚酯纖維的合成纖維^［1］。其中聚酰胺6（PA6）由于具有良好的耐沖擊性、耐疲勞性、耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，在紡織產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

純PA6屬于易燃材料，極限氧指數(shù)約為20.1%^［2］，燃燒時(shí)發(fā)熱量大，會(huì)產(chǎn)生大量的濃煙和有焰熔滴，極易造成火災(zāi)的傳播。目前阻燃PA6塑料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用較為成功^［3］，而阻燃PA6纖維的開(kāi)發(fā)仍較為困難。由于酰胺鍵上的C—N鍵不穩(wěn)定，受熱易斷裂，聚酰胺在熔融條件下易發(fā)生反應(yīng)，因此阻燃尼龍制品的開(kāi)發(fā)大多采用共混法，即將改性劑和材料熔融共混后擠出造粒。該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，但對(duì)阻燃劑與基體樹(shù)脂的適配度要求較高，添加比例對(duì)材料性能影響較大。此外，產(chǎn)業(yè)化紡絲對(duì)熔體品質(zhì)要求較高，紡絲熔體中的填料粒徑不能超過(guò)6 μm，否則會(huì)影響熔體黏度的均勻性，尤其是在高速紡絲時(shí)，絲條具有很大的張力，如果熔體因機(jī)械雜質(zhì)多而不均勻穩(wěn)定，紡出的絲條就會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中而產(chǎn)生單絲斷裂，形成毛絲，影響卷繞絲的質(zhì)量。

三聚氰胺氰尿酸（Melamine cyanurate，MCA）是一種含氮膨脹型阻燃劑，通常由三聚氰酸和三聚氰胺在水溶液中自組裝得到^［4］，含氮量為49.4%，最初作為潤(rùn)滑劑使用。因具有較好的熱穩(wěn)定性和相容性，分解無(wú)殘留等特點(diǎn)，并可在加熱時(shí)形成聚合物，阻隔材料和火焰，廣泛應(yīng)用于聚酰胺材料的阻燃改性。但與大多數(shù)粉末狀阻燃劑一樣，小粒徑帶來(lái)的大比表面積和高表面能容易導(dǎo)致MCA顆粒發(fā)生團(tuán)聚，對(duì)基體材料的機(jī)械性能和加工性能帶來(lái)嚴(yán)重影響^［5］。Li等^［6］將MCA和勃姆石（BM）與PA6共混，制備了一系列不同比例的BM/MCA/PA6復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)勃姆石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%和11% MCA的復(fù)合材料的阻燃性、熱穩(wěn)定性和燃燒行為均優(yōu)于單獨(dú)添加15% MCA的樣品。同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)隨著勃姆石質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，材料的力學(xué)性能有所提高，阻燃性先好后變差，適量的MCA和勃姆石具有協(xié)同阻燃作用。Luo等^［7］為提高M(jìn)CA的流動(dòng)性和分散性，采用低分子量PA66對(duì)其預(yù)共混處理，結(jié)果表明，處理后的MCA團(tuán)聚程度明顯降低，從而在PA66基體中實(shí)現(xiàn)了更細(xì)、更均勻的分散。

一般共混時(shí)加入的阻燃劑越多，對(duì)材料的加工性能影響就越大，工藝條件直接影響到制品的品質(zhì)。目前無(wú)鹵環(huán)保型阻燃改性PA6已成為重要發(fā)展方向^［8-10］，但研究進(jìn)度大多止步于塑料切片，而缺少對(duì)纖維材料的研究。流變性能測(cè)試作為制備纖維材料的前置步驟，測(cè)試得到的參數(shù)對(duì)紡絲過(guò)程具有重要影響，測(cè)試分析阻燃PA6的流變性能可以為制備阻燃PA6纖維提供數(shù)據(jù)參考。本文主要對(duì)阻燃PA6材料的熔融結(jié)晶性能、熱穩(wěn)定性能以及動(dòng)態(tài)流變性能進(jìn)行研究，以探索適合熔融紡絲制備阻燃PA6纖維材料的MCA添加量和加工溫度。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料與設(shè)備

材料：PA6切片，熔點(diǎn)為221℃，產(chǎn)地浙江杭州；MCA顆粒，產(chǎn)地山東壽光。

設(shè)備：真空干燥箱（DZF-6050型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；雙螺桿擠出機(jī)（Haake Polylab OS型，德國(guó)Haake公司）；差示掃描量熱儀（DSC400型，瑞士Mettler-Toledo公司）；熱重分析儀（Pyris1型，瑞士Mettler-Toledo公司）; 旋轉(zhuǎn)流變儀（MCR52 型，奧地利Anton Paar公司）。

1.2 試樣制備

將PA6切片和MCA顆粒在90℃溫度下真空干燥處理24 h（真空度-0.095 MPa）；分別稱取不同質(zhì)量的PA6切片和MCA顆粒，按一定比例充分混合均勻，得到含有MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、2%、5%、8%的MCA/PA6物理混合物，采用雙螺桿擠出機(jī)（熔融溫度255℃，擠出溫度240℃，螺桿轉(zhuǎn)速10 rpm）對(duì)各比例混合物進(jìn)行熔融共混，經(jīng)過(guò)擠出、造粒，得到所需材料顆粒切片。制備的樣品根據(jù)其組成命名為常規(guī)PA6、2%MCA/PA6、5%MCA/PA6、8%MCA/PA6，具體見(jiàn)表1。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 熔融結(jié)晶性能測(cè)試

采用差示掃描量熱儀測(cè)試樣品的熔融結(jié)晶性能，取6 mg左右試樣，在90℃溫度下真空干燥處理24 h（真空度-0.095 MPa）后，在流速40 mL/min的氮?dú)夥諊Ｗo(hù)下，以10℃/min的速度從20℃升溫至270℃，保溫10 min，循環(huán)2次。

1.3.2 熱穩(wěn)定性能測(cè)試

采用熱重分析儀測(cè)試樣品的熱穩(wěn)定性，取5 mg左右試樣，在40 mL/min的氮?dú)夥諊Ｗo(hù)下，以10℃/min的速度從25℃升溫至500℃，記錄實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程。

1.3.3 流變性能測(cè)試

采用旋轉(zhuǎn)流變儀分別在255、260、265、270、275℃條件下對(duì)MCA/PA6共混物的流變性能進(jìn)行測(cè)試，掃描的角頻率范圍為0.1～100 rad/s，固定振幅為1%。試樣測(cè)試前均在真空度為-0.095 MPa、溫度為90℃的條件下干燥12 h，再在105℃的條件下干燥24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔融結(jié)晶性能分析

熔融結(jié)晶性是影響材料紡絲工藝的一個(gè)重要性能。為進(jìn)一步探究阻燃PA6的熔融結(jié)晶性，對(duì)試樣進(jìn)行熱分析。圖1是常規(guī)PA6和阻燃PA6的DSC曲線，從升溫過(guò)程曲線看，含有PA6的4條曲線都僅在221.32℃附近出現(xiàn)一個(gè)熔融吸熱峰。MCA的升溫曲線沒(méi)有峰，可見(jiàn)MCA對(duì)PA6的熔融過(guò)程不產(chǎn)生影響。因此，在升溫過(guò)程中，MCA無(wú)結(jié)晶行為，試樣的結(jié)晶度只和PA6有關(guān)。根據(jù)熱力學(xué)觀點(diǎn)，當(dāng)晶相、非晶相和熔點(diǎn)達(dá)到熱力學(xué)平衡時(shí)，結(jié)晶度的計(jì)算公式為^［11］：

式中：X為結(jié)晶度，%；φ為添加的MCA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；ΔH⁰為PA6結(jié)晶度達(dá)到100%時(shí)的熔融焓，取190 J/g。ΔH為熔融熱焓、X為結(jié)晶度。從表2中可知，常規(guī)PA6的起始熔融溫度為210.64℃，加入MCA的試樣的起始熔融溫度都在208℃左右，比常規(guī)PA6略有降低；常規(guī)PA6的結(jié)晶溫度為183.40℃，MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、5%、8%的試樣的結(jié)晶溫度分別為197.57、199.57、199.84℃，結(jié)晶溫度明顯升高。MCA對(duì)PA6的熔融過(guò)程影響較小，對(duì)結(jié)晶過(guò)程影響較大。這是因?yàn)镸CA起到了成核劑的作用，提高了PA6的結(jié)晶性能，使結(jié)晶更加容易。表2中隨MCA的添加量增大而降低的結(jié)晶焓也佐證了這一點(diǎn)。但由于MCA在基體中分布不均勻，而且與PA6不相融，它會(huì)阻礙PA6分子鏈的運(yùn)動(dòng)。隨著MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，分子鏈運(yùn)動(dòng)被進(jìn)一步阻礙，反而使阻燃PA6的結(jié)晶度下降。因此如果對(duì)材料的力學(xué)性能要求較高，需要獲得相對(duì)結(jié)晶度較高的阻燃PA6，質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的MCA的添加比例優(yōu)于8%。

2.2 熱穩(wěn)定性能分析

圖2是試樣的熱重曲線，表3是熱重?cái)?shù)據(jù)，其中：T為2%失重溫度，T為5%失重溫度，T為50%失重溫度，R為最大失重速率。從圖2可以看出，MCA和常規(guī)PA6只有一個(gè)失重階段，MCA改性PA6均有兩個(gè)失重階段。由表3可知，MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、5%、8%的試樣的T失重溫度分別為151.02、142.33、146.98℃，均明顯低于常規(guī)PA6的289.33℃和MCA的307.67℃。由于試樣未經(jīng)干燥處理，此時(shí)分解的應(yīng)為材料中含有的水。這表明加入MCA后，材料中的水更易被蒸發(fā)。其原因可能是，PA6分子具有的酰胺鍵易與水分子形成氫鍵，MCA的胺基和羥基也會(huì)和PA6形成氫鍵，當(dāng)加入MCA共混時(shí)，MCA和PA6形成的氫鍵會(huì)和水分子在PA6上的氫鍵連接位點(diǎn)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，降低水分子與分子鏈結(jié)合的緊密性。

由表3可知，MCA從332.33℃開(kāi)始分解，常規(guī)PA6的T失重溫度為450.17℃，添加2%、5%、8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的MCA后，試樣的T分別下降了0.34、3.38、6.5℃，這是因?yàn)榇藭r(shí)試樣中MCA部分已完全分解。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)選擇加工溫度不超過(guò)300℃。

MCA添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、5%、8%的試樣的最大失重速率R分別為-1.93%/℃、-1.84%/℃、-1.66%/℃，均小于常規(guī)PA6的-2.01%/℃和MCA的-2.44%/℃，而且隨著MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，最大失重速率逐漸減小，同時(shí)由圖2（b）可知，試樣均在456.98℃左右到達(dá)最大失重速率，表明MCA的加入阻礙了PA6的熱分解，提升了試樣的熱穩(wěn)定性。但試樣的殘?zhí)悸识荚?.24%左右，且少于純PA6的1.03%，表明MCA不會(huì)改變?cè)嚇拥娜紵a(chǎn)物，殘?zhí)贾慌cPA6有關(guān)。

2.3 動(dòng)態(tài)流變分析

2.3.1 純PA6和阻燃PA6的儲(chǔ)能模量和損耗模量

儲(chǔ)能模量G′可以表征材料的彈性性能，損耗模量G″可以表征材料的粘性性能^［12］。圖3是在255℃測(cè)得的不同添加比例的試樣的儲(chǔ)能模量和損耗模量隨角頻率ω變化的關(guān)系曲線。可看出，隨著角頻率的增加，復(fù)合材料的G′和G″都有所增加，且G″比G′大了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，表明材料具有黏彈性，此時(shí)材料的流變行為與液體相似。由圖3（a）可知，隨著MCA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，G′有所增加，這可能是因?yàn)镸CA以微粒的形式存在于復(fù)合材料的體系中，高分子鏈段在其周圍大量纏結(jié)，即使到了高頻區(qū)，也存在大量纏結(jié)點(diǎn)，阻礙了鏈段運(yùn)動(dòng)，使熔體具有更好的剛性及強(qiáng)度。由圖3（b）可知，PA6和阻燃PA6的G″ 隨頻率增加線性增大，而且隨著MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。

圖4是分別在255、260、265、270、275℃時(shí)測(cè)得的8%MCA/PA6試樣的儲(chǔ)能模量和損耗模量隨角頻率ω變化的關(guān)系曲線。由圖4（a）可以看到，五個(gè)溫度梯度下，試樣的G′隨ω變化的關(guān)系曲線趨勢(shì)一致，當(dāng)ω小于10 rad/s時(shí)，各溫度下的G′幾乎重合，當(dāng)ω大于10 rad/s時(shí)，G′隨ω增大急劇增大，而且隨著溫度升高，G′增大的程度逐漸減小，255℃時(shí)，G′增大了136倍，到了275℃，G′只增大了7.6倍，這是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)變強(qiáng)，熔體流動(dòng)性變強(qiáng)，弛豫時(shí)間縮短，分子鏈儲(chǔ)存彈性能量的能力降低，儲(chǔ)能模量減小。由圖4（b）可知，隨溫度升高，G″有所下降，但下降幅度不大，而且都保持與ω的線性增大關(guān)系，這是因?yàn)闇囟壬?，鏈段運(yùn)動(dòng)變強(qiáng)，需要克服的分子間作用力與摩擦力減小，鏈段運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗的能量減小，損耗模量減小。

根據(jù)Cox-Merz經(jīng)驗(yàn)規(guī)則^［13］，角頻率和復(fù)數(shù)黏度的關(guān)系曲線圖可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟兴俾屎图羟叙ざ鹊年P(guān)系曲線圖。圖5為轉(zhuǎn)換后的試樣的流變曲線，從圖5中可以看出不同比例的復(fù)合材料，其剪切黏度隨著剪切速率的增大而減小，均表現(xiàn)出剪切變烯效應(yīng)，是典型的假塑性流體，原因是剪切速率增大，大分子鏈間的部分纏結(jié)點(diǎn)被拆除，纏結(jié)點(diǎn)濃度下降使得剪切黏度降低。在同一溫度下，不同的MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)熔體的剪切黏度有較強(qiáng)影響，MCA添加量越多，剪切黏度越大，添加量為8%的阻燃PA6黏度幾乎比純PA6增加一倍。這可能是MCA的胺基和羥基會(huì)和PA6分子的酰胺鍵形成氫鍵，阻礙了PA6分子鏈間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)MCA微粒在熔體中團(tuán)聚，由于溶劑難以潤(rùn)濕和滲透聚集的MCA小塊，團(tuán)聚體具有一定的剛性，從而阻礙PA6分子鏈間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體流動(dòng)的阻力增大，使得熔體的剪切黏度增大。隨著剪切速率增加，熔體的黏度逐漸趨于平緩，此時(shí)熔體受到強(qiáng)剪切力作用，PA6分子鏈間的纏結(jié)點(diǎn)幾乎被完全破壞，大分子沿著剪切方向高度取向。

圖6為轉(zhuǎn)換后的試樣在不同溫度下的流變曲線，可以看到剪切黏度隨溫度升高而下降，而且溫度為265、270、275℃的3條曲線急劇下降。這是因?yàn)殡S溫度升高，熔體的自由體積增加，鏈段易于活動(dòng)，分子間相互作用減小，熔體黏度下降。與圖5相比，圖6曲線總體下降更快，這是因?yàn)镸CA分子和PA6分子鏈間的氫鍵作用使PA6分子鏈剛性增大，分子間作用力增大，黏度對(duì)溫度的敏感性增加。但黏度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致紡絲過(guò)程中出現(xiàn)毛細(xì)斷裂，影響成品絲的質(zhì)量。因此，對(duì)于MCA添加比例較高的阻燃PA6纖維的制備，應(yīng)選擇紡絲溫度低于265℃。

2.3.2 純PA6和阻燃PA6的損耗因子

損耗因子tanδ是反應(yīng)高分子材料黏彈性行為的物理量，tanδ越小，材料的彈性回復(fù)越好。其定義式為^［14］：

tanδ=G″（ω）G′（ω）（2）

式中：G″為損耗模量；G′為儲(chǔ)能模量；ω為角頻率。

圖7和圖8分別是不同比例和不同溫度下試樣的損耗因子tanδ隨角頻率變化的關(guān)系。由圖7可知，材料的tanδ都大于1，表明常規(guī)PA6和阻燃PA6在掃描頻率范圍內(nèi)都是黏性響應(yīng)占優(yōu)勢(shì)^［15］。隨著角頻率升高，tanδ先增大后減小。隨著MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，tanδ到達(dá)頂點(diǎn)的頻率也先增大后減小，到了高頻區(qū)，常規(guī)PA6和阻燃PA6的tanδ相差不大。隨著溫度升高，tanδ到達(dá)頂點(diǎn)的頻率逐漸增大。這可能是因?yàn)?，隨著頻率增大，分子鏈來(lái)不及對(duì)外力XX3BhKufnHuB8DO5B+oMnA==變化進(jìn)行響應(yīng)，產(chǎn)生了滯后效應(yīng)，出現(xiàn)了內(nèi)耗峰^［16］。當(dāng)頻率進(jìn)一步增大，分子的鏈段運(yùn)動(dòng)可以跟上外力變化，但MCA阻礙了鏈段運(yùn)動(dòng)，所以阻燃PA6的對(duì)外力響應(yīng)的進(jìn)程要晚于常規(guī)PA6。雖然純PA的黏度比阻燃PA6低，但損耗模量和儲(chǔ)能模量相差的數(shù)量級(jí)最小，損耗因子反而大于阻燃PA6，這是因?yàn)镸CA的加入使材料的彈性性能大幅增加，黏性性能小幅增大，材料的剛性提高，隨MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而升高的儲(chǔ)能模量也可以證明這一點(diǎn)。

隨著溫度升高，熔體的流動(dòng)性增強(qiáng)，鏈段運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，內(nèi)耗峰延后。當(dāng)溫度升到275℃時(shí)，在測(cè)試范圍內(nèi)，分子鏈?zhǔn)冀K來(lái)得及對(duì)外力變化進(jìn)行響應(yīng)，因此不存在內(nèi)耗峰?？傮w來(lái)說(shuō)，加入MCA和升高溫度使材料的tanδ減小，表明MCA和升溫都會(huì)降低PA6的黏性響應(yīng)。

2.3.3 純PA6和阻燃PA6的扭矩

圖9和圖10分別是不同MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同溫度下試樣的扭矩隨角頻率變化的關(guān)系。由圖可知，扭矩與角頻率線性相關(guān)，角頻率越大，熔體流動(dòng)速率越快，從而使更多的分子鏈運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生更大的扭矩。扭矩變化的數(shù)量級(jí)很小。MCA的加入使扭矩略有增大，溫度升高使扭矩有所減小，但總體來(lái)說(shuō)影響不大。

3 結(jié)論

本文采用三聚氰胺氰尿酸（MCA）和聚酰胺6（PA6）共混進(jìn)行阻燃改性，并使用差示掃描量熱儀、熱重分析儀和旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)試樣的熔融結(jié)晶性、熱穩(wěn)定性和流變性能進(jìn)行研究，主要研究結(jié)論如下：

a）MCA無(wú)結(jié)晶行為，試樣的結(jié)晶度只和PA6有關(guān)。MCA可以使試樣的結(jié)晶溫度升高，結(jié)晶焓降低，高添加量的MCA會(huì)對(duì)材料的力學(xué)性能帶來(lái)負(fù)面影響。

b）MCA的添加降低了PA6的熱分解速率，提高了它的熱穩(wěn)定性，而且MCA不會(huì)改變?cè)嚇拥姆纸猱a(chǎn)物，殘?zhí)贾慌cPA6有關(guān)。MCA還可以促進(jìn)PA6中水分的散失，為工藝流程中的干燥處理帶來(lái)便利。

c）隨著MCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，材料的儲(chǔ)能模量、損耗模量有所增加，損耗因子有所減小，扭矩略有增加，材料的彈性和強(qiáng)度也得到了提高，但MCA也使材料的黏度升高，流動(dòng)性變差。

d）溫度升高使材料的儲(chǔ)能模量、損耗模量、損耗因子、黏度、扭矩都減小，同時(shí)提高了材料的流動(dòng)性。當(dāng)溫度升高到275℃時(shí)，熔體黏度過(guò)低，會(huì)影響成品絲質(zhì)量，因此在生產(chǎn)中，需要控制MCA的添加比例不能過(guò)高，加工溫度不能太高。高的添加比例可以選擇較高的加工溫度，但為了工藝穩(wěn)定性，不建議超過(guò)265℃。

在實(shí)際的阻燃PA6纖維的生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)產(chǎn)品的性能需求選擇合適的MCA添加量和加工溫度，以獲得工藝穩(wěn)定，質(zhì)量可靠的阻燃PA6纖維制品。

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Rheological properties of melamine cyanurate flame-retardant and modified Polyamide 6

YU Xiao， YANG Mian， ZHANG Shunhua， ZHANG Xuzhen

（School of Materials Science & Engineerin， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： Polyamide 6 （PA6） is a polymer with excellent properties， and is widely used in the field of the textile industry due to its excellent abrasion and fatigue resistance as well as excellent elastic recovery rate， but it is a flammable product and also produces flaming molten droplets during combustion， which is highly susceptible to fire hazard. At present， research on flame-retardant PA6 focuses on plastic products， while research on fiber products is less.

Rheological performance is an important index for evaluating the spinnability of materials. To investigate the spinnability of flame-retardant PA6， a twin-screw extruder was used to co-extrude 2%， 5% and 8% of flame-retardant PA6 with PA6 and flame retardant melamine cyanurate （MCA） as the raw materials. The melt crystallinity， thermal stability and rheological properties of the specimens were studied by a scanning calorimeter， a thermogravimetric analyzer and a rotational rheometer， and the effects of different frequency scans， MCA addition ratios and temperatures on the polymer properties were analyzed. The results show that MCA makes the flame-retardant PA6 have higher crystallization temperature， and the crystallinity increases and then decreases with the addition of MCA， which indicates that the low addition ratio of MCA can promote the crystallization behavior of PA6， while the high ratio of MCA will hinder the crystallization of PA6; the maximum decomposition rate of the flame-retardant PA6 decreases with the increase of the ratio of MCA， there is no much difference in T5% and T50%， and the residual carbon rates are not much different， which indicates that MCA reduces the thermal decomposition rate of PA6， and improve its thermal stability， but does not affect the residual carbon. To ensure the performance of the material， it is recommended that the processing temperature is selected below 300℃; the addition of MCA has a greater impact on the rheological properties of the material， flame-retardant PA6 is a pseudo-plastic fluid with shear thinning phenomenon. The larger the amount of MCA added， the greater the viscosity of the material. The addition of 8% can double the viscosity of the material， resulting in poor melt fluidity， which is not conducive to subsequent spinning. However， the addition of MCA also makes the material rigidity and strength better. The higher the temperature， the lower the viscosity of the material. And when the temperature reaches 275℃， the viscosity will be too small for spinning.

The results of the study are of theoretical significance for the practical production of MCA flame-retardant and modified PA6 fibers.

Keywords： PA6; MCA; flame-retardant and modified; dynamic rheology