PA6/ABS共混物性能研究

譚志勇，李 丹，吳廣峰，劉慶輝，闕 盼

（長春工業(yè)大學化學工程學院，教育部合成樹脂與特種纖維工程研究中心，吉林 長春130012）

PA6/ABS共混物性能研究

譚志勇，李 丹，吳廣峰，劉慶輝，闕 盼

（長春工業(yè)大學化學工程學院，教育部合成樹脂與特種纖維工程研究中心，吉林 長春130012）

將聚酰胺6（PA6）與市售的丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）樹脂共混，制備PA6/ABS共混物。研究了ABS樹脂的用量對PA6/ABS共混物力學性能的影響；采用苯乙烯及丙烯腈共聚物（SAN）和ABS粉料熔融共混制得不同膠含量的ABS/SAN共混物。研究了不同膠含量的ABS/SAN共混物對PA6/ABS共混物力學性能的影響。在PA6/ABS/SAN共混物中引入苯乙烯－丙烯腈－馬來酸酐共聚（SAM）樹脂替換部分SAN樹脂，研究了SAM樹脂的加入及引入順序的不同對共混物性能的影響。結果表明，ABS樹脂的用量在50%～60%左右時共混物性能最佳。隨ABS/SAN共混物膠含量提高，共混物的拉伸強度、彈性模量、彎曲強度和彎曲模量逐漸降低。隨SAM樹脂替代SAN用量的增加，共混物的拉伸和彎曲性能先降低后增加。但共混物熔體流動速率明顯降低，而SAM樹脂的引入順序對共混物的力學性能影響不大。

聚酰胺6；丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物；苯乙烯－丙烯腈－馬來酸酐共聚物；力學性能；加工性能

0 前言

PA6具有優(yōu)良的耐磨性、自潤滑性和較高的力學性能，是一種廣泛應用于機械、儀器儀表、汽車等領域的工程塑料［1］。但PA6在干態(tài)低溫下易脆化，熱變形溫度低，限制了其應用范圍［2］。ABS中不僅含有剛性組分，還有橡膠成分，具有沖擊強度高、熔體黏度較高、力學性能優(yōu)異［3］等特點。將ABS與PA6共混，可制得既有PA6的耐熱性和耐油性，又具有ABS韌性的共混物，廣泛應用于汽車、電子電器、家用電器等領域［4－5］。

在 PA6 與 ABS［6－8］共 混 過 程 中，ABS 樹 脂 的 用量［9］直接決定了共混物的總體形態(tài)，是共混物力學性能的主要影響因素。ABS樹脂本身是三元兩相體系，工業(yè)上一般采用SAN樹脂和ABS粉料按一定比例共混制得，ABS粉料與SAN樹脂比例的不同直接影響了ABS樹脂的膠含量、力學性能及流動性。所以SAN樹脂與ABS粉料的比例也是PA6/ABS共混物力學性能的重要影響因素。PA6與ABS樹脂本身具有部分相容性，可以在共混過程中形成宏觀均一的共混物，但共混物的性能還不理想，有待提高。在共混過程中引入增容劑改善兩組分間的相容性一直是PA6/ABS研究的熱點方向。同時，在加入增容劑的情況下，不同的共混順序下，PA6/ABS共混體系力學性能的關系為研究材料的性能變化提供了依據(jù)［10］。本文主要考察了ABS樹脂的用量及ABS/SAN共混物的膠含量對PA6/ABS共混物性能的影響；同時，利用SAM［11－12］取代部分SAN樹脂，考察了SAM樹脂的引入及在共混過程中引入順序的改變對PA6/ABS/SAN/SAM共混物性能及流動性的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PA6，A28GF301，黑龍江省尼龍廠；

ABS粉料，橡膠含量60%，中國石油石化公司；

ABS粒料，0215A，中國石油石化公司；

SAN樹脂，中國石油石化公司；

SAM樹脂，上海事必達化工有限公司。

1.2 主要設備及儀器

雙螺桿擠出機，SJSH－30，南京橡塑機械廠；

塑料注塑機，EAST－1000，寧波東方塑機廠；

懸臂梁沖擊試驗機，XJU－22，承德材料實驗機廠；

拉伸測試儀，AGS－H5kN，日本島津公司；

熔體流動速率儀，μPXRZ－400C，吉林大學科教儀器廠；

由圖7并根據(jù)掃描電鏡分析：產品中值粒徑在12.28～12.71μm之間波動，產品中值粒徑隨攪拌速度的增大基本沒有改變，產品粒徑分布與表面形貌隨攪拌速度的增大也基本沒有變化。反應結束后取出冷卻，數(shù)分鐘后晶體析出，產物未出現(xiàn)團聚，顆粒大小較均勻，表面形貌完整均呈片狀。綜合以上諸因素，選擇100r/min為最優(yōu)攪拌速度。

電熱恒溫干燥箱，101A－3B，杭州卓馳儀器有限公司；

電子天平，HZQ－B10000，福州華志科學儀器有限公司；

真空烘箱，DZG－6050，杭州卓馳儀器有限公司。

1.3 樣品制備

將PA6放入真空烘箱中干燥12h以上，烘箱溫度為80℃。同時將ABS樹脂、ABS粉料、SAM樹脂、SAN樹脂等放入鼓風烘箱中干燥8h，溫度為60℃。將干燥好的PA6、ABS、SAN及SAM按比例混合均勻后，在雙螺桿擠出機中熔融混煉，雙螺桿擠出機的溫度為210～220℃，主機轉速為150r/min，經(jīng)擠出，冷卻、切粒得到PA6/ABS共混物粒料，然后在80℃的真空烘箱中干燥12h待用。將干燥好的PA6/ABS共混物粒料放入到注塑機中注射成型，注塑機的溫度為240℃，注射壓力為40MPa。將注塑得到的沖擊﹑拉伸及彎曲測試樣條放置在恒溫室中，準備進行力學性能測試。

1.4 性能測試與結構表征

將制備好的沖擊樣條在一側的中間部分銑出一個標準V形缺口，缺口尖端曲率半徑為0.25mm。加工好缺口的樣條放置24h后，在沖擊試驗機上按照ASTM D256測試沖擊強度。測試溫度23℃，每組測試5個樣條，得到的沖擊強度數(shù)據(jù)是5個樣條測得的平均值。

將注塑好的拉伸測試樣條測量尺寸后，用電子拉力試驗機按照ASTM D638對樣條進行拉伸性能測試，拉伸速率為50mm/min，測試溫度為23℃。每次測試樣條為5個，最終結果取平均值。

將膠含量為18%的PA6/ABS共混物和幾種含有不同含量SAM樹脂的PA6/ABS共混物分別造粒后置于80℃真空烘箱中干燥3h，利用熔體流動速率儀測試其熔體流動速率，測試溫度為230℃，壓力載荷為3.80kg。

2 結果與討論

2.1 ABS樹脂的用量對PA6/ABS共混物性能的影響

在兩相共混體系中，各組分熔體體積分數(shù)的大小決定了共混物總體的相形態(tài)，熔體體積分數(shù)較大的組分形成連續(xù)基體相，熔體體積分數(shù)較小的組分形成共混物的分散相。同時熔體黏度對相區(qū)尺寸和形態(tài)也有影響，黏度較大的組分容易形成分散相，而黏度較小的組分容易形成連續(xù)相。在PA6與ABS樹脂共混過程中，PA6與ABS樹脂是以兩相形式存在，在ABS樹脂的用量低于40%（質量分數(shù)，下同）時，PA6為連續(xù)相，ABS樹脂作為分散相均勻地分散在PA6基體中。當ABS樹脂用量高于60%時，ABS樹脂為連續(xù)基體相，PA6為分散相。而當ABS樹脂用量為40%～60%時，可能會形成雙連續(xù)相結構。因此，ABS樹脂的用量直接決定了共混體系的總體形態(tài)。

研究過程中，采用市售牌號為0215A的ABS樹脂粒料與PA6進行共混，考察了在PA6/ABS共混體系中ABS樹脂的用量對共混物性能的影響。從表1數(shù)值可以看出，沖擊強度隨著ABS樹脂用量的增加先升高后降低，當ABS樹脂的用量達到50%左右時，沖擊強度最高，與純PA6的缺口沖擊性能相比，數(shù)值提高了約3倍，但ABS樹脂的用量超過50%后，缺口沖擊強度迅速下降。隨著ABS樹脂用量的增加，彎曲強度及彎曲模量先升高后降低，當ABS樹脂用量為50%左右時最高。拉伸強度和彈性模量也在ABS樹脂的用量為50%左右時出現(xiàn)較大值，但其數(shù)值比純PA6略低。綜合比較各項性能，PA6與ABS樹脂共混比例在50∶50時性能相對穩(wěn)定。

表1 不同ABS樹脂含量的PA6/ABS共混物的力學性能Tab.1 Mechanical properties of PA6/ABS blends with difference content of ABS resins

2.2 膠含量對PA6/ABS/SAN共混物性能的影響

在市場購買的ABS樹脂中，由于ABS樹脂單獨使用時的限制，橡膠含量變化不大，一般在13%～15%之間，所以在制備PA6/ABS共混物的過程中，無法考察ABS樹脂的膠含量對共混物性能的影響。在研究過程中采用ABS粉料與SAN樹脂共混制備不同橡膠含量的ABS樹脂。固定PA6與ABS/SAN共混物的總體組成，通過調節(jié)ABS粉料與SAN樹脂的共混比例來調節(jié)ABS/SAN共混物的膠含量，考察了膠含量對共混物性能的影響。

從圖1可以看出，隨著ABS/SAN共混物中膠含量的增加，沖擊強度先升高后降低。在ABS/SAN共混物中膠含量為18%時出現(xiàn)最大值。ABS/SAN共混物中的膠含量對PA6/ABS/SAN共混物其他力學性能的影響如圖2至圖5所示。隨著ABS/SAN共混物中膠含量的增加，PA6/ABS/SAN共混物的彎曲強度、彎曲模量、拉伸強度及彈性模量都越來越低。這是因為隨著膠含量增加，在共混物中引入了更多的模量和強度較低的橡膠相，從而使共混物的強度和模量有所降低。由此結果可以發(fā)現(xiàn)，如果對共混物的沖擊強度要求不高，那么PA6/ABS/SAN共混物中的橡膠相越少，共混物的強度和模量越高。

圖1 膠含量對PA6/ABS/SAN共混物沖擊強度的影響Fig.1 Effect of rubber content on impact strength of PA6/ABS/SAN blends

圖2 膠含量對PA6/ABS/SAN共混物彎曲強度的影響Fig.2 Effect of rubber content on bending strength of PA6/ABS/SAN blends

圖3 膠含量對PA6/ABS/SAN共混物彎曲模量的影響Fig.3 Effect of rubber content on bending modulus of PA6/ABS/SAN blends

2.3 SAM樹脂的引入對PA6/ABS/SAN共混物性能的影響

為了增加PA6與ABS間的相容性，人們嘗試了多種方法。苯乙烯－丙烯腈－馬來酸酐三元無規(guī)共聚物（SAM）的主要組分為苯乙烯和丙烯腈的共聚物，組成與SAN樹脂相似，故與ABS的相容性較好；SAM樹脂中含有酸酐基團，可以與PA6的端胺基發(fā)生反應，在反應過程中可以形成PA6與SAM樹脂的共聚物，從而改善PA6/ABS共混物的力學性能。研究過程中，保持ABS/SAN共混物的膠含量為18%及PA6與ABS/SAN共混物共混比例為50∶50，利用SAM樹脂取代部分SAN樹脂，考察了SAM樹脂的加入對共混物性能的影響。

圖4 膠含量對PA6/ABS/SAN共混物拉伸強度的影響Fig.4 Effect of rubber content on tensile strength of PA6/ABS/SAN blends

圖5 膠含量對PA6/ABS/SAN共混物彈性模量的影響Fig.5 Effect of rubber content on elastic modulus of PA6/ABS/SAN blends

圖6為SAM樹脂替換部分SAN樹脂時，SAM的用量對PA6/ABS/SAN/SAM 共混物沖擊強度的影響。從圖中可以看出，沖擊強度隨著SAM樹脂的用量的增加，先升高后降低。當SAM樹脂的用量為15%時出現(xiàn)最大值。與未加SAM的PA6/ABS/SAN共混物的沖擊性能相比，數(shù)值約升高3倍左右。圖7到圖10給出了SAM樹脂替代部分SAN樹脂時，SAM的含量對共混物拉伸和彎曲性能的影響。從圖中可以看出，在引入SAM樹脂后，共混物的彎曲強度、彎曲模量、拉伸強度和彈性模量均有不同程度的降低，在其含量超過SAN樹脂的15%以后，又有所提高。這可能是因引入少量SAM樹脂后，其主要與PA6樹脂進行反應，使部分PA6分子鏈的長度增加，破壞了PA6的結晶所致，當用量較多時，界面作用的加強可以補償一部分由于破壞結晶引起的性能下降。

圖6 SAM替換SAN時的用量對PA6/ABS/SAN/SAM共混物沖擊強度的影響Fig.6 Effect of content of SAM substituted for SAN on impact strength of PA6/ABS/SAN/SAM blends

圖7 SAM替換SAN時的用量對PA6/ABS/SAN/SAM共混物彎曲強度的影響Fig.7Effect of content of SAM substituted for SAN on bending strength of PA6/ABS/SAN/SAM blends

圖8 SAM替換SAN時的用量對PA6/ABS/SAN/SAM共混物彎曲模量的影響Fig.8 Effect of content of SAM substituted for SAN on bending modulus of PA6/ABS/SAN/SAM blends

2.4 SAM樹脂對PA6/ABS/SAN共混物熔體流動速率的影響

從圖11可以看出，隨著SAM樹脂替換SAN樹脂含量的增加，共混物的熔體流動速率明顯下降。當SAM用量達到30%時，共混物的熔體流動速率為2.144g/10min。綜合SAM 樹脂對PA6/ABS共混物力學性能和流動性的影響結果可知，引入的SAM樹脂在共混過程中，主要的作用是與PA6分子鏈發(fā)生反應，熔體流動速率迅速降低還說明SAM樹脂中的馬來酸酐含量稍高，引起了不同PA6分子鏈間的交聯(lián)反應，但并沒有起到明顯的增加兩相相容性的作用。

圖9 SAM替換SAN時的用量對PA6/ABS/SAN/SAM共混物拉伸強度的影響Fig.9 Effect of content of SAM substituted for SAN on tensile strength of PA6/ABS/SAN/SAM blends

圖10 SAM替換SAN時的用量對PA6/ABS/SAN/SAM共混物彈性模量的影響Fig.10 Effect of content of SAM substituted for SAN on elastic modulus of PA6/ABS/SAN/SAM blends

圖11 SAM替換SAN時的用量對PA6/ABS/SAN/SAM共混物熔體流動速率的影響Fig.11 Effect of content of SAM sustituted for SAN on melt flow rate of PA6/ABS/SAN/SAM blends

2.5 共混順序的改變對共混物性能的影響

在加入SAM對PA6/ABS/SAN共混物進行增容嘗試的過程中，無論是SAM樹脂與SAN樹脂間的物理相容作用，還是SAM樹脂與PA6分子鏈間的化學反應，都是和共混過程中SAM分子鏈與兩相間的接觸機率相關的。從理論上來說，如果SAM樹脂與SAN樹脂先進行混合，相容性較好，可以形成分子鏈水平的均勻共混物的話，在SAN表面分布的馬來酸酐官能團的多少直接決定了與PA6反應的程度；如果SAM樹脂先和PA6進行混合，并且預期的反應能夠發(fā)生，則SAM分子鏈也應該均勻地分散在PA6相中，那么在PA6表面分布的SAM分子鏈的多少也決定了SAM樹脂能起到增容作用的程度。因此，共混物制備時的共混順序可能對共混物的相容性及性能產生影響。幾種物料的共混順序可以分成3種情況：（1）SAM樹脂先與ABS/SAN進行共混，再與PA6共混制得共混物；（2）SAM樹脂先與PA6進行共混，再與ABS/SAN共混制得共混物；（3）SAM 樹脂同時與PA6及ABS/SAN共混制得共混物。研究過程中，在PA6與ABS/SAN的共混比例為50∶50、SAM樹脂的加入量為SAN樹脂的20%、ABS/SAN的膠含量為18%的條件下，改變PA6、ABS及SAM 的加料順序，考察了SAM樹脂在共混過程中的加入順序對共混物性能的影響。

表1 SAM樹脂的引入順序對PA6/ABS/SAN共混物力學性能的影響Tab.1 Effect of blending sequence of SAM resins on properties of PA6/ABS/SAN blends

表2為原料共混順序的不同對共混物力學性能的影響。從表中可以看出，SAM樹脂先與PA6進行共混時，共混物沖擊強度略高。從彎曲和拉伸性能上看，3種組分一起進行共混時，共混物的性能略差一些。但從整體上看，SAM樹脂的加入順序不同時，共混物的各項力學性能相差不大。表明在PA6、ABS和SAM在共混過程中，3種組分在共混擠出過程中不論以怎樣的順序加入，都可以充分接觸，因此共混順序對共混物力學性能的影響不大。

3 結論

（1）PA6與ABS樹脂熔融共混過程中，ABS樹脂的用量對PA6/ABS共混物的各項力學性能均有影響，共混物的沖擊性能、拉伸性能和彎曲性能均隨ABS樹脂的用量增加先升高后降低，當其用量為50%～60%左右時，共混物的綜合性能最佳；

（2）ABS/SAN的膠含量對共混物的性能影響很大。共混物的沖擊強度在ABS/SAN的膠含量為18%左右時達到最高。隨ABS/SAN膠含量的提高，共混物的拉伸強度、彈性模量、彎曲強度和彎曲模量逐漸降低；

（3）在共混物中引入SAM樹脂代替部分SAN樹脂時，PA6/ABS/SAN共混物的沖擊強度在SAM 樹脂的加入量為15%時最高，隨SAM樹脂加入量的增加，共混物的拉伸和彎曲性能先降低后增加；共混物的熔體流動速率隨著SAM樹脂在SAN樹脂中含量的增加逐漸降低。SAM 樹脂的引入順序對PA6/ABS/SAN共混物的力學性能影響不大。

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Study on Properties of PA6/ABS Blends

TAN Zhiyong，LI Dan，WU Guangfeng，LIU Qinghui，QUE Pan
（Synthetic Resin and Special Fiber Engineering Research Center，Ministry of Education，School of Chemical Engineering，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China）

PA6/ABS blends were prepared by blending PA6（polyamide 6）and ABS（acrylonitrilebutadiene－styrene）resins.The effect of the amount of ABS resins on the properties of PA6/ABS blends was investigated.And ABS/SAN blends with different rubber content were prepared by blending SAN resin （acrylonitrile－styrene copolymer）and ABS graft copolymer.The effect of rubber content in ABS/SAN blend on the properties of PA6/ABS blends was investigated.SAM resin（styrene－acrylonitrile－maleic anhydride copolymer）was introduced into the blends to replace part of SAN resin.The effect of SAM resin content on the properties of the blends was investigated.The results indicated that the blends with 50%～60%ABS resin showed optimum properties.The tensile strength，elastic modulus，bending strength and bending modulus of the blends decreased with the increase of rubber content in ABS/SAN blends.Tensile and bending performance of the blends first decreased，then increased with the increase of SAM resin content in SAN resin.But the melt flow rates of the blends decreased with the increase of SAM resin content.Difference of blending sequence with SAM resin showed little effect on mechanical properties of the blends.

polyamide 6；acrylonitrile－butadiene－styrene copolymer；styrene－acrylonitrile－maleic anhydride copolymer；mechanical property；proccesability

TQ325.2

B

1001－9278（2012）01－0035－06

2011－09－06

聯(lián)系人，tanzhiy＠163.com

（本文編輯：劉本剛）