PP_PA6共混物的形态和流变性能_李晓静

的相结构，发现形成的相结构十分复杂，可以 分为四相：PA 6 和 PP 各为一相、SEB S 为二相， 如图 3 所示。其图 3 a 中为未接枝的 PA 6 三元共 混物的形态模型。由于 PA 6 与 P P 相容性差，因 此混合时 PP 不易均匀分散于 PA 6 中，PP 的粒径 较大，而 SEBS 则大部分分布于 PP 内部，没有 起到增容剂的作用。图 3 b 为已接枝的 PA 6 三元 共混物的形态模型。P P 在 PA 6 中的分布变得十 分均匀，PP 的粒径也减小了，而且 SEBS 分布 在 PP 粒子的外圈，紧包着 PP 粒子，起到了增 容剂的作用。而 Won g 等［2］也研究了 P P / PA 6 / SEBS 共混体系的形态结构，通过 SEM 和 TEM 观察到该共混体系中存在 2 种分散相：PA 6 微粒
聚过程中形成的小微粒的质量，k i(i=m，d ，b ， c ) 表示聚合物从一种状态转化到另一种状态的
表征系数。
当在 P P / PA 6 共混体系中加入不同的增容
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剂，会形成不同的形态。Li 等人［35］发现在 PP/PA 6 共混体系中加入增容剂 PP－g－MA H，分散相 PA 6 粒径迅速减小，在连续相中分布均匀，形 态达到稳定。由 TEM 照片还发现 PA 6 微粒周围 包裹着一界面层，这层界面把 P P 与 PA 6 微粒分 离开，使 PA 6 微粒均匀分布在连续相 P P 中。这 层界面可能是增容剂与 PA 6 发生反应生成的聚 合物，起到了隔离作用。
PP/PA6 共混物在共混时相容性和流变性对其形态的影响。列举了目前 P P /PA6 增容剂的研究情况，二相相容时的简单动力学
模型，以及分散相 PA 的含量、增容剂的种类、双螺杆挤出机熔融段的螺杆结构、螺杆转速、共混方式等影响 P P /PA 6 共混
物形态的因素。
关键词：聚丙烯；尼龙 6 ；聚合物共混物；分散相形态；增容剂
为此，将适量的 PP 与 PA 6 共混可以克服 PP 及 PA 6 固有的缺点，性能上取长补短。由于 P P ／ PA 6 具有优良的综合性能和价廉物美的特点，
作者简介：李晓静（１９ ７９ －），女，在读硕士，现就读于华南 理工大学工业装备与控制工程学院，主要从事聚合物共混物加工 的研究。
收稿日期：２００５－ ０５－ ３１
=
−km S
（ 1 ）
dM dt
= kmS −kdM
（ 2 ）
dT dt
=
kd M
− kbT
（ 3 ）
dP dt
分散相 PA 6 的含量对 P P ／ PA 6 共混物的最后 形态有很大的影响。Li 等［50］研究了不相容的 PP／ PA 6 和相容的 PP／PP －g －PA 6 ／PA 6 共混体系在间 歇式混炼机中的形态演变。发现，当 PA 6 含量 非常低（＜1 wt%）时，对 PP／PP－g－PA6/PA6 体 系，在熔融初期形成的分散相微粒的尺寸很小 （半径约为 0.25~ 0.3 ì m ），随着共混时间的延长， 微粒尺寸几乎没有什么改变；而对 PP ／ PA 6 体 系，不论分散相多稀，随着共混时间的延长， PA 6 微粒尺寸呈增大的趋势。当 PA 6 含量为
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第31卷 第9期
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PP ／ PA 6 体系所用的增容剂中以 PP － g － MA H 研究最多。宋国君等［40］研究了 PP－g－MA H 原位反应增容 PP/PA 6 共混纤维。结果表明，PP－ g－MAH 可使 PP 与 PA 6 的相容性显著改善，分散 相尺寸减小，相界面结合强度增加。Borve 等［41］ 制备了苯酚甲醛接枝聚丙烯（PP－g－PF ）作为 增容剂，研究了其对 P P/ PA 6 共混体系形态结构 和力学性能的影响。结果表明，随着增容剂含 量从 2.5 w t% 增加至 3 5 w t%，PA 6 在 PP 相中的 分散变得比较均匀，其粒径由 4.2 ìm 下降到了 0.3 ìm；再增加 PP－g－PF 的含量，粒径变化不 明显。Sathe 等［42］研究得到的结果为 PP－g－MAH 以 4 . 8 % 的含量对 P P ／ PA 6 的增容效果最佳。
对
P P ／ PA 6
共混物形态和性能的影响，
发现 TP Eg 能够降低 P P 与 PA 6 之间的界面张力，
提高共混体系的相容性，这是由于 TPE 在 PP 与 g
PA 6 界面形成了三相结构，即核 ／ 壳 ／ 连续相，
起到了隔离的作用。
Poten te 等［37－38］的研究表明，双螺杆挤出机
S —固体微粒；M —开始熔融的聚合物；T —熔融过程中形成 的片状物（带状物）；P —熔融过程中形成的小微粒；G —凝聚
过程中形成的小微粒。
图 １ 不相容聚合物共混物 从固体颗粒开始熔融的形态演变过程
图 1 中的形态演变过程可以用一个简单的 动力学模型来表示：
dS dt
2005年 第31卷
李晓静等·Ｐ Ｐ ／ Ｐ Ａ ６共混物的形态和流变性能
1%~10% 时，上述 2 种体系在熔融初期形成的微 粒也很小，半径为 0.25~0.3 ìm，并且微粒尺寸 都随共混时间的加长而增加。但是，P P / P P － g － PA 6 / PA 6 体系的微粒尺寸增长率远远低于 P P ／ PA6 的尺寸增长率。当 PA6 含量高于 15% 时，PP／ PP － g － PA 6 / PA 6 体系的微粒尺寸在熔融共混过 程中几乎保持不变（≈1 ì m ），而 PP／PA6 体系的 微粒尺寸在熔融初期非常大（＞ 4 ì m ），随着熔 融共混时间的加长，微粒尺寸逐渐下降到 2.5 ìm 左右。可以用图 1 来表示微粒的形态演变。并 且指出共混物最后的形态结构及微粒的最终尺 寸是由演变的每一步的形态变化共同决定的， 熔融段发生的形态变化不能完全决定最后的形 态结构。
Ikkala 等［43］比较了 SEBS－g－MAH、PP－g－ MAH、EBA－g－FA（富马酸接枝乙烯 － 丙烯酸 丁酯）、E － E A － G M A （乙烯 － 丙烯酸乙酯 － 甲 基丙烯酸缩水甘油酯）4 种增容剂对 PP/PA6 共 混物的增容性，当中以 SEBS－g－MA H 增容效 果最好。而 B el tram e 等［44］认为 EBA －g－FA 比 EVA －g－MA H 对 PE/PP/PA 共混体系有更好的增 容作用。
图 ３ PP/PA6/SEBS 三元共混物的形态结构
的尺寸为 1~5 µm，而 SEBS 微粒的尺寸≤ 0.5 µm。
当 PP/PA6 与接枝的 SEBS（SEBS－g－MA H）反
应时，形成了核 － 壳（PA 6 / S EBS ）微粒。
Ou 等［34］研究了马来酸酐接枝热塑性弹塑性
体
（
T
P
E
）
g
２ PP/PA6 共混物形态的影响因素
PP 与 PA 6 是不相容体系，在不添加任何增 容剂的情况下，其共混物一般呈现相分离的双 相结构。当 PA 6 含量较小时，在体系中 PA 6 以 微米级的不规则微粒分散在 P P 构成的连续相 中，即所谓的海（PP 相）岛（PA 6 相）结构； 当 PA 6 含量较大时，则相反；当二者的含量接 近时，任何一相都不能形成均一的连续相。
=
kbT
+ kb′G
−
kcP 2
（ 4 ）
dG dt
=
kcP 2
− kb′G （5）
式中，S 、M 、T 、P 和 G 分别表示固体微
粒、开始熔融的聚合物、熔融过程中形成的片
状物 （ 带 状 物 ）、熔 融 过 程 中 形 成 的 小 微 粒 、 凝
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PP/PA6共混物的形态和流变性能
李晓静，黄汉雄 （ 华南理工大学工业装备与控制工程学院， 塑料橡胶装备及智能化研究中心，广东 广州 ５１０６４０ ）
摘要：将聚丙烯（PP）和聚酰胺 6（PA 6）共混可以使 P P 和 PA 6 在性能上互补，所得共混物性价比很高。本文分析了
熔融段的螺杆结构对 PP／ PA 6 共混体系分散相
的形态没有太大的影响。通过显微镜及 SEM 观
察，发现沿着螺杆轴向，P P 首先熔融，没有熔
融的 PA 6 微粒被熔融的 P P 相包裹，同时，未熔
融的 PA 6 微粒数量迅速减少。在熔融段，分散
相 PA 6 完全熔融，以后的共混过程中，分散相
中图分类号：TQ 320.64
文献标识码：B
文 章 编 号 ：1 0 0 9 - 7 9 7 X ( 2 0 0 5 ) 0 9 - 0 0 3 2 - 0 5
近 20 a 来，对高分子材料研究和开发的重 点之一是利用现有聚合物品种，采取共混方法 研制新材料，满足新要求。近期，人们对 PP（聚 丙烯）与 PA 6 （尼龙 6 ）的共混改性越来越感兴 趣［1－24］。P P 作为通用热塑性塑料，与其他塑料 相比，密度低，屈服强度、拉伸强度等机械性 能均较优异，吸水性小，耐油及耐化学性能优 良，易加工且成本较低，并有突出的耐应力开 裂性和耐磨性。但 PP 存在低温脆性、硬度较低、 成型收缩率大、易老化等缺点。PA 6 具有良好 的综合性能，如冲击强度和拉伸强度高，摩擦 系数小，自润滑性好，耐磨性和化学稳定性好， 有自熄性等，广泛应用于汽车、电子电气、机 械、铁路、兵器和建筑等领域；但 PA 6 强极性 的特点，使其吸水（或吸湿）率大，影响制品 的尺寸稳定性和电性能。
日益受到关注。
１ 相容性对 PP/PA6 共混的影响
对于 P P / PA 共混物， 目前的研究主要有 P P / PA 6 ［1－24］、P P / PA 6 6 ［24－25］、P P / PA 1 2 ［8，18，31］、P P / PA 10 10 ［27－28］、P P/ PA 11 ［28－30］等多种共混体系，其 中研究较多的是 PP/PA 6 体系。