PET/PA6共混相容性研究

林鎮秒，葉海先，陳　欣，諶繼宗，李細林，嚴玉蓉( .華南理工大學材料科學與工程學院，廣東廣州50640;.廣東新會美達錦綸股份有限公司，廣東江門5900 )

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PET/PA6共混相容性研究

林鎮秒1，葉海先1，陳欣2，諶繼宗2，李細林2，嚴玉蓉1
( 1.華南理工大學材料科學與工程學院，廣東廣州510640;
2.廣東新會美達錦綸股份有限公司，廣東江門529100 )

摘要：采用轉矩流變儀制備了聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）/聚酰胺（PA6）重量比為80/20共混體系，通過DSC、SEM、XRD等測試研究了共混體系的相容性。研究結果表明，PA6作為分散相，隨機分布在連續相PET中，為“海-島”狀分散結構。PET/PA6共混體系DSC曲線中兩次升溫過程中均出現兩個熔融峰（T(M1)/T(M2)；T(M3)/T(M4)），且T(M3)＜T(M1)，T(M4)＜T(M2)，說明該體系為熱力學不相容。PA6分散形態不均勻，二者相容性差；共混過程中兩組分各自結晶且相互影響，出現結晶相分離，PA6起到異相成核的作用，整體結晶度有所下降。

關鍵詞：聚酰胺；聚對苯二甲酸乙二醇酯；共混；相容性；結晶

滌、錦纖維混用，滌/錦復合纖維及非織造布在傳統紡織及產業用紡織品中的使用日益增多，纖維廢棄后的再生使用也涉及到聚酰胺和聚酯的相容性問題。其中聚酯類以PET為代表。PET具有較好的阻隔性和高的熱變形溫度，在較寬的溫度范圍內具有優良的物理機械性能，長期使用溫度可達120℃，電絕緣性優良，甚至在高溫高頻下，其電性能仍較好，但耐電暈性較差，不耐熱水浸泡，不耐堿。PET的玻璃化溫度較高，結晶速度比較慢，模塑周期長，成型周期長，成型收縮率大，尺寸穩定性差，結晶的成型呈脆性，耐熱性低，其產品在存儲和使用過程中，表面容易吸附塵埃，影響外觀效果[1-2]。因此，作為熱塑性合成纖維原材料的尼龍6和聚酯材料共混的相容性研究顯得尤為重要。本文通過密煉機制備了重量比為80/20的PET/PA6共混體系，通過DSC、SEM、XRD等測試研究了共混體系的相容性。

1　實驗部分

1.1原料

PA6，M2400，廣東新會美達錦綸股份有限公司；PET，FD501中國石化上海石油化工股份有限公司。

1.2儀器與設備

本實驗中采用的主要測試儀器和設備如表1所示。

表1　主要設備及儀器

1.3樣品制備

將PA6和PET在真空干燥箱中于110℃干燥12 h，按照重量比PET/PA6 = 80/20在PLASTI-CORDER型密煉機中加工，密煉溫度270℃，時間15 min，轉速35 r/min。

1.4性能測試

SEM測試：將共混體系樣品斷面在甲酸中浸泡48 h，充分刻蝕掉體系中的尼龍成分，再用蒸餾水洗凈樣品除去殘余甲酸，用烘箱烘干樣品后貼于導電膠，將樣品在真空條件下噴金2次，排布在樣品臺上掃描觀測，電壓20 kV。

DSC測試：取上述制備的共混樣品，切取5 ～10 mg放置在鋁坩堝中，蓋上坩堝蓋、壓實，放入儀器進行測試。測試條件：氮氣保護下以10℃/min的速度從20℃升溫至300℃后恒溫5 min，然后以10℃/min的速度從300℃降溫至20℃，恒溫5 min，最后以10℃/min的速度從20℃升溫至300℃。

XRD測試：將待測樣品在280℃下加熱熔融，壓制成膜后在空氣中冷卻結晶，將樣品裝入真空鋁箔中保存，以備測試。測試條件：掃描速度5°/min，掃描范圍巧5°～ 90°，Cu靶，管壓40 kV，管流40 mA，λ= 0.15 418 nm。

2　結果與討論

2.1PET/PA6共混體系微觀結構分析

從熱力學角度分析，PET、PA6為不相容體系，其共混結構中PA6的微觀結構及其分布狀態直接體現共混體系中二者的相容狀態。將PET/PA6共混體系用甲酸刻蝕，測得SEM如圖1所示。

圖1　PET/PA6共混體系刻蝕前后電鏡照片

圖1是PET/PA6共混體系刻蝕前后微觀結構圖。由圖1可見，PA6作為分散相均以橢球型粒子分布在PET連續相中。部分PA6暴露于表面，部分則嵌入深埋在基體PET中。經過甲酸刻蝕后，暴露或部分嵌入PET表面的PA6均溶解，出現分布不均勻的孔洞，利用數學統計分析軟件估算分散相粒徑如圖2所示。

圖2　PET/PA6共混體系中分散相PA分散粒徑分布圖

從圖2可以看出，PA6作為分散相分布在PET中，分散粒徑分布較寬。在共混體系中，分散相粒徑大小與多種因素有關，包括二者相容性，共混時二者的黏度相對大小，共混強度、共混溫度、共混時間及分子鏈間相關作用力等。

2.2PET/PA6共混體系熱性能分析

PET/PA6共混體系熱性能分析如圖3所示。

從圖3的可知，PET/PA6共混體系DSC曲線中兩次升溫過程中均出現兩個熔融峰（TM1/ TM2；TM3/TM4），且TM3＜TM1，TM4＜TM2，說明該體系為熱力學不相容，且共混后二者的熔融結晶溫度較單一聚合物有所提高，這可能是由于PA6和PET共混以后，它們能夠相互促進對方結晶，共混體系的結晶能力比純組分有所提高的結果[3-4]。第二次升溫所測試得到的熔點均比第一次要低，這可能是隨著共混的進行，會在一定程度上降低了共混體系中分子鏈的規整性，使熔點有所降低。

圖3　PET / PA6 (80/20)共混體系DSC分析曲線圖

DSC的降溫曲線可以明確的得到高分子聚合物的結晶峰，結晶高聚物的熔融熱結晶與冷結晶是不同的，冷結晶一般出現的溫度都較低，此時只有相鄰的大分子鏈段才能排入晶格，而熔融結晶則發生在熔化的高溫下，此時大分子鏈段活動相對比較自由，在降溫過程中容易產生大量的晶核，因此其峰值(Tc)和形狀常用于分析結晶高聚物的結晶過程，其峰形的尖銳程度可說明高聚物可形成結晶結構的規整性和結構的完整性[5-7]。

由圖3可見，PET/PA6共混體系表現出兩個明顯的結晶峰，共混以后，所有共混體系中PET的結晶溫度迅速提高，均在203 ～ 208℃之間，而PA6的結晶溫度則降低，這說明在共混過程中PA6和PET是分別結晶的，且相互影響，PA6作為分散相，起到了一定的異相成核的作用，PA6的加入影響二者的結晶狀態。PA6大分子鏈和PET側鏈反應以及分子間氫鍵作用，使得PET的剛性鏈對PA6產生誘導成核，并使得PET的結晶溫度有較大的提高，這同時會成為PET固相成核的位點，使PET結晶溫度得以有效的增大[8]。

2.3PET/PA6共混體系結晶分析

圖4　PET/PA6共混體系及PET的XRD譜圖

圖4是PET/PA6和PET的XRD測試曲線對比圖，原料PET特征衍射峰分別有16.1°(0 1 1) /17.5°(010) /21.4°(1 1 1) /22.6°(1 1 0) / 26.0°(100) /28.0°(1 1 1) /32.7°(0 2 1) /41.9° (1 0 5)。根據報道[8]可知，純的PA6主要在21.4°(α1)和23.1°(α2)會出現α晶型的衍射峰，而共混以后PET/PA6體系從圖中可得知，在16.1°/17.6°/23.6°/25.8°出現了結晶特征峰，可清楚的看到α1處的結晶峰明顯消失，α2晶型的結晶峰變寬，共混過程中整體結晶度較純PET 和PA6有所降低。這與DSC分析結果一致。

3　結論

（1）PET/PA6是不相容體系，在共混體系中，重量比為20%的PA6作為分散相以橢球型粒子分布在PET連續相中，PA6分散粒徑分布較寬。

（2）PET/PA6共混體系DSC測試升溫過程中均出現各自的熔融峰，說明二者相容性不好。共混過程中PA6和PET是分別結晶的，且相互影響，PA6作為分散相，起到了一定的異相成核的作用，PA6的加入影響二者的結晶狀態。共混體系的結晶能力比純組分有所提高，但是結晶度降低。

參考文獻

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THE STUDY ON COMPATIBILITY OF PET/PA6 BLENDING

LIN Zhen-miao1, YE Hai-xian1, CHEN Xin2, CHEN Ji-zong2, LI Xi-lin1, YAN Yu-rong1
( 1.School of Materials Science and Engineering，Guangzhou，510640，China; 2.Guangdong Xinhui Meida Nylon Co.，Ltd，Jiangmen，529100，China )

Abstract：Described the use of a torque rheometer to prepare PET/polyamide 6 blending system with weight ratios 80/20，studied the blending compatibility by the methods of DSC，SEM，XRD，etc.Results showed that PA6 was distributed in the PET continuous phase randomly in a“sea-island”distribution structure as dispersed phase.The compatibility of PET/PA6 was not good.Two melting peaks (T(M1)/T(M2); T(M4)/T(M3)) and T(M3)＜T(M1)，T(M4)＜T(M2)，it proved the poor compatibility of the system.The PA6 and PET phases crystallized respectively and influenced each other during the blending process，resulting in crystalline phase separation.PA6 acted as a heterogeneous nucleation in PET/PA6 blending system.The crystallization degree of the blending system was lower than that of crystallization degree of pure PET and PA6.

Keywords:PA6，PET，blending，compatibility，crystallization

通訊作者：嚴玉蓉（1973-），女，四川德陽人，博士，副教授，主要研究纖維新材料成型加工，纖維及非織造材料功能化改性，靜電紡絲及納米纖維應用。

作者簡介：林鎮秒（1992-），廣東汕尾人，碩士研究生，主要研究方向為聚酰胺的合成及改性。

收稿日期：2016-03-09

文章編號：1672-500X (2016) 01-0001-04

中圖分類號：TQ323.4

文獻標志碼：A

doi:10.3969／j.issn.1672-500x.2016.01.001