研究PA6与氨纶废丝共混物的性能

张佳阳　茹巧荣

摘 要：聚己内酰胺（尼龙6）是目前应用最广泛的一类通用工程塑料，弹性体增韧聚酰胺是聚酰胺共混的一个重要方向。同时，氨纶的生产量每年都在增加，氨纶废丝的回收与再利用研究已经成为亟待解决的重要课题。若能将氨纶废丝与聚己内酰胺共混，既能变废为宝，又是增韧聚酰胺的新方法。为此，本课题主要研究的是如何将氨纶废丝与聚己内酰胺共混以及共混后共混物的性能，研究发现，聚己内酰胺与氨纶废丝共混后材料的韧性得到了提高。

关键词：聚己内酰胺 氨纶废丝 共混 性能研究

中图分类号：TB332.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0108-02

聚己内酰胺是重要的工程塑料，对其进行改性可以得到性能多样的产品，拓宽其应用领域。氨纶的学名是聚氨基甲酸酯弹性纤维，近年来氨纶产业越来越受到人们的重视，氨纶的产量成几何倍数增长。氨纶大量的生产与使用也产生了大量氨纶废丝。对于氨纶废丝，人们一般采取掩埋或是燃烧的方法进行处理，不过这样使大量的化工原料得不到合理的利用，并且还会造成环境的污染，不符合我们国家所倡导的可持续发展战略。因此，对废弃的氨纶进行合理的回收再利用已成为一个化工行业所要面对和解决的问题。

目前，对氨纶的主要成分——聚氨酯废弃物的回收利用采用的一种基本方法是化学回收方法，化学回收的方法有热裂解法、醇解法、水解法、碱解法等。但上述化学方法回收的废弃聚氨酯多为聚氨酯泡沫、弹性体等[1]。对氨纶废丝进行回收利用方面的研究尚未见报道。为了解决氨纶废丝的问题，本课题采用机械共混的方法将聚己内酰胺和氨纶废丝共混，利用氨纶废丝优异的回弹性增韧聚己内酰胺。

1 实验部分

1.1 原料

氨纶废丝：新乡白鹭化纤集团有限责任公司；聚己内酰胺：广东新会美达锦纶股份有限公司。

1.2 实验所用的仪器和设备

TE-34型双螺杆挤出机：南京科亚-塑料机械有限公司；F80WZ型精密注塑机：宁波海天塑机有限公司；ZBC-30B冲击性能测试仪：深圳新三思-计量技术有限公司；CMT5104微控电子万能试验机：深圳新三思-计量技术有限公司；SHR-5A型高速共混机：张家港市银丰机械厂；DGG型电热恒温鼓风自动程控干燥箱：郑州市亚荣仪器有限公司；X-4数字显示显微熔点测定仪：北京泰克仪器有限公司。

1.3 试样制备

将氨纶丝剪成5cm左右的段状加入双螺杆挤出机中一次挤出后，将处理后的氨纶料同干燥后的聚己内酰胺在高速共混机中共混10min，共混后再次加入双螺杆挤出机中在220°C左右挤出造粒；100°C干燥6h后注塑成型。

1.4 试样力学性能测试

对复合材料的拉伸性能，弯曲性能和缺口冲击强度进行测试。复合材料的力学性能在微控电子万能试验机上，按照国标GB/T 104-92连续加载，拉伸速度20mm/min，每五次实验的平均值作为测试结果。

1.5 试样熔点测定

对制得的样品，每组削取少量碎屑，进行熔点测定。每组测3次再求平均值。

2 结果与讨论

2.1 聚己内酰胺/氨纶复合材料的熔点测定

表1为复合材料熔点的变化。氨纶的熔点在170℃左右，聚己内酰胺的熔程在218°C～222℃左右。由表见，随氨纶含量的增加，复合材料的熔点降低，当氨纶含量为30%时复合材料的熔点最低，其主要原因可能是氨纶是非晶聚合物，它的加入破坏了聚己内酰胺规整的结晶结构，使结晶度降低，熔点下降。熔点的测定为挤出注塑工艺条件提供了依据。

2.2 聚己内酰胺（PA6）与挤出后的氨纶共混后的力学性能

挤出后的氨纶强度很低，故随着氨纶含量的增加聚合物成型条件发生变化，当氨纶含量超过40%时，聚合物成型较为困难，50%以后的聚合物基本不能成型。

由表2所示，随氨纶含量的增加复合材料的拉伸强度是逐步下降的，分析其原因是因为氨纶废丝作为分散相，PA6为连续相。氨纶废丝的弹性模量低于PA6的弹性模量；对于共混改性的塑料，若基体树脂的弹性模量高于分散相，则在拉伸应力的作用下，产生的热缩应力及应力集中效应，而即便在不太大的平均拉伸应力下就能使得PA6基体树脂引发大量的银纹或剪切带，从而使共混物的屈服应力下降，拉伸强度下降[2]。从微观上来说，氨纶废丝的共混，由于柔性的氨纶分子链与PA6分子链发生强烈的相互作用和缠绕，使PA6的结晶行为出现变化，导致聚己内酰胺结晶度下降，表现为拉伸强度和刚性下降。

随氨纶含量的增加，复合材料的断裂伸长率先升高后降低，20%为最大值，并且断面粗糙有丝状物，表现出典型的韧性断裂特性。氨纶废丝能较高效地分散于聚己内酰胺基质中，是由于少量的极性聚氨酯和极性PA6具有良好的工程相容性，同时氨纶分子与PA6分子链间的相互作用及缠绕，影响了PA6分子链的有序排列，阻碍了PA6的正常结晶，致使PA6的非晶相部分增加。同时，二者的共混物分子链沿受力方向容易发生取向，分子的柔顺性大大提高；再者，由于聚氨酯与PA6分子间的作用力弱于PA6分子间的相互作用，在拉伸应力下，聚氨酯的分子链比较容易发生滑移、解缠，这种情况下它会吸收拉伸能量而发生宏观塑性形变。聚氨酯分子链的天然柔顺性使其在拉伸应力下会有利于材料以形变的方式吸收能量。这些因素都使得氨纶和PA6共混材料的断裂伸长率大大增加。可是，随着氨纶的含量继续升高，高含量的聚氨酯因为它容易形成具有一定厚度的界面层，甚至发生团聚现象从而导致分散不均匀，即分散效率下降，这会使共混物的断裂伸长率下降。

从表2中可以看出，弯曲强度和弯曲模量随着氨纶含量的不断增加，氨纶和PA6共混材料的弯曲强度和弯曲模量持续下降，在氨纶的含量在30%之前下降较为缓合，30%之后剧烈下降。这与拉伸强度变化的规律相同，也是由于氨纶在聚己内酰胺树脂基体中分散不均，成为应力集中物而造成的。

冲击强度如表2所示，随着氨纶含量的增加，复合材料的冲击强度现增加后降低。在30%时达到最大，是聚己内酰胺的1.5倍左右。并且，冲断口的附近有大范围比较明显的应力发白现象，并且靠近断口位置越近应力发白越显著[3]。聚己内酰胺属于低温脆性材料，其所对应的形变是有限的银纹化形变。当将氨纶废丝加入到PA6基体中以后，由于二者的极性基团间的氢键相互作用，从而在很大程度上改善了基体树脂与分散相的相容性，使得二者的共混材料的韧性增加，从而出现剪切屈服形变。同时，剪切带以及大量的银纹的产生和增大都要消耗大量的能量，能有效的终止银纹和剪切带，使其不至于发展成裂纹而导致材料的破坏，因而能够显著地提高材料的冲击强度。

3 結语

聚己内酰胺的熔程是218℃～222℃，氨纶的熔点在170℃左右，若将氨纶加入到聚己内酰胺中后，复合材料的熔点随氨纶含量的增加而略为降低，这为确定聚己内酰胺/氨纶复合材料的加工工艺条件提供了依据。

氨纶废丝加入到聚己内酰胺中，取氨纶含量为20%的配方为最优配方，此时材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量下降不大，但材料的断裂伸长率和冲击强度均有了相当大的提高。达到了用氨纶废丝增韧聚己内酰胺的目的。

综上，氨纶废丝的加入的确起到了增韧聚己内酰胺的作用，但强度有略微降低；若引入合适的微交联剂，有望实现增强有增韧。

参考文献

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

[2] 邓如生.聚酰胺树脂及其应用[M].北京：化学工业出版社，2002：552-556.

[3] 王经武.塑料改性技术[M].北京：化学工业出版社，2004.