PA6/ABS共混物性能研究

谭志勇，李 丹，吴广峰，刘庆辉，阙 盼

（长春工业大学化学工程学院，教育部合成树脂与特种纤维工程研究中心，吉林 长春130012）

PA6/ABS共混物性能研究

谭志勇，李 丹，吴广峰，刘庆辉，阙 盼

（长春工业大学化学工程学院，教育部合成树脂与特种纤维工程研究中心，吉林 长春130012）

将聚酰胺6（PA6）与市售的丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）树脂共混，制备PA6/ABS共混物。研究了ABS树脂的用量对PA6/ABS共混物力学性能的影响；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胶含量的ABS/SAN共混物。研究了不同胶含量的ABS/SAN共混物对PA6/ABS共混物力学性能的影响。在PA6/ABS/SAN共混物中引入苯乙烯－丙烯腈－马来酸酐共聚（SAM）树脂替换部分SAN树脂，研究了SAM树脂的加入及引入顺序的不同对共混物性能的影响。结果表明，ABS树脂的用量在50%～60%左右时共混物性能最佳。随ABS/SAN共混物胶含量提高，共混物的拉伸强度、弹性模量、弯曲强度和弯曲模量逐渐降低。随SAM树脂替代SAN用量的增加，共混物的拉伸和弯曲性能先降低后增加。但共混物熔体流动速率明显降低，而SAM树脂的引入顺序对共混物的力学性能影响不大。

聚酰胺6；丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物；苯乙烯－丙烯腈－马来酸酐共聚物；力学性能；加工性能

0 前言

PA6具有优良的耐磨性、自润滑性和较高的力学性能，是一种广泛应用于机械、仪器仪表、汽车等领域的工程塑料［1］。但PA6在干态低温下易脆化，热变形温度低，限制了其应用范围［2］。ABS中不仅含有刚性组分，还有橡胶成分，具有冲击强度高、熔体黏度较高、力学性能优异［3］等特点。将ABS与PA6共混，可制得既有PA6的耐热性和耐油性，又具有ABS韧性的共混物，广泛应用于汽车、电子电器、家用电器等领域［4－5］。

在 PA6 与 ABS［6－8］共 混 过 程 中，ABS 树 脂 的 用量［9］直接决定了共混物的总体形态，是共混物力学性能的主要影响因素。ABS树脂本身是三元两相体系，工业上一般采用SAN树脂和ABS粉料按一定比例共混制得，ABS粉料与SAN树脂比例的不同直接影响了ABS树脂的胶含量、力学性能及流动性。所以SAN树脂与ABS粉料的比例也是PA6/ABS共混物力学性能的重要影响因素。PA6与ABS树脂本身具有部分相容性，可以在共混过程中形成宏观均一的共混物，但共混物的性能还不理想，有待提高。在共混过程中引入增容剂改善两组分间的相容性一直是PA6/ABS研究的热点方向。同时，在加入增容剂的情况下，不同的共混顺序下，PA6/ABS共混体系力学性能的关系为研究材料的性能变化提供了依据［10］。本文主要考察了ABS树脂的用量及ABS/SAN共混物的胶含量对PA6/ABS共混物性能的影响；同时，利用SAM［11－12］取代部分SAN树脂，考察了SAM树脂的引入及在共混过程中引入顺序的改变对PA6/ABS/SAN/SAM共混物性能及流动性的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

PA6，A28GF301，黑龙江省尼龙厂；

ABS粉料，橡胶含量60%，中国石油石化公司；

ABS粒料，0215A，中国石油石化公司；

SAN树脂，中国石油石化公司；

SAM树脂，上海事必达化工有限公司。

1.2 主要设备及仪器

双螺杆挤出机，SJSH－30，南京橡塑机械厂；

塑料注塑机，EAST－1000，宁波东方塑机厂；

悬臂梁冲击试验机，XJU－22，承德材料实验机厂；

拉伸测试仪，AGS－H5kN，日本岛津公司；

熔体流动速率仪，μPXRZ－400C，吉林大学科教仪器厂；

由图7并根据扫描电镜分析：产品中值粒径在12.28～12.71μm之间波动，产品中值粒径随搅拌速度的增大基本没有改变，产品粒径分布与表面形貌随搅拌速度的增大也基本没有变化。反应结束后取出冷却，数分钟后晶体析出，产物未出现团聚，颗粒大小较均匀，表面形貌完整均呈片状。综合以上诸因素，选择100r/min为最优搅拌速度。

电热恒温干燥箱，101A－3B，杭州卓驰仪器有限公司；

电子天平，HZQ－B10000，福州华志科学仪器有限公司；

真空烘箱，DZG－6050，杭州卓驰仪器有限公司。

1.3 样品制备

将PA6放入真空烘箱中干燥12h以上，烘箱温度为80℃。同时将ABS树脂、ABS粉料、SAM树脂、SAN树脂等放入鼓风烘箱中干燥8h，温度为60℃。将干燥好的PA6、ABS、SAN及SAM按比例混合均匀后，在双螺杆挤出机中熔融混炼，双螺杆挤出机的温度为210～220℃，主机转速为150r/min，经挤出，冷却、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。将干燥好的PA6/ABS共混物粒料放入到注塑机中注射成型，注塑机的温度为240℃，注射压力为40MPa。将注塑得到的冲击﹑拉伸及弯曲测试样条放置在恒温室中，准备进行力学性能测试。

1.4 性能测试与结构表征

将制备好的冲击样条在一侧的中间部分铣出一个标准V形缺口，缺口尖端曲率半径为0.25mm。加工好缺口的样条放置24h后，在冲击试验机上按照ASTM D256测试冲击强度。测试温度23℃，每组测试5个样条，得到的冲击强度数据是5个样条测得的平均值。

将注塑好的拉伸测试样条测量尺寸后，用电子拉力试验机按照ASTM D638对样条进行拉伸性能测试，拉伸速率为50mm/min，测试温度为23℃。每次测试样条为5个，最终结果取平均值。

将胶含量为18%的PA6/ABS共混物和几种含有不同含量SAM树脂的PA6/ABS共混物分别造粒后置于80℃真空烘箱中干燥3h，利用熔体流动速率仪测试其熔体流动速率，测试温度为230℃，压力载荷为3.80kg。

2 结果与讨论

2.1 ABS树脂的用量对PA6/ABS共混物性能的影响

在两相共混体系中，各组分熔体体积分数的大小决定了共混物总体的相形态，熔体体积分数较大的组分形成连续基体相，熔体体积分数较小的组分形成共混物的分散相。同时熔体黏度对相区尺寸和形态也有影响，黏度较大的组分容易形成分散相，而黏度较小的组分容易形成连续相。在PA6与ABS树脂共混过程中，PA6与ABS树脂是以两相形式存在，在ABS树脂的用量低于40%（质量分数，下同）时，PA6为连续相，ABS树脂作为分散相均匀地分散在PA6基体中。当ABS树脂用量高于60%时，ABS树脂为连续基体相，PA6为分散相。而当ABS树脂用量为40%～60%时，可能会形成双连续相结构。因此，ABS树脂的用量直接决定了共混体系的总体形态。

研究过程中，采用市售牌号为0215A的ABS树脂粒料与PA6进行共混，考察了在PA6/ABS共混体系中ABS树脂的用量对共混物性能的影响。从表1数值可以看出，冲击强度随着ABS树脂用量的增加先升高后降低，当ABS树脂的用量达到50%左右时，冲击强度最高，与纯PA6的缺口冲击性能相比，数值提高了约3倍，但ABS树脂的用量超过50%后，缺口冲击强度迅速下降。随着ABS树脂用量的增加，弯曲强度及弯曲模量先升高后降低，当ABS树脂用量为50%左右时最高。拉伸强度和弹性模量也在ABS树脂的用量为50%左右时出现较大值，但其数值比纯PA6略低。综合比较各项性能，PA6与ABS树脂共混比例在50∶50时性能相对稳定。

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

2.2 胶含量对PA6/ABS/SAN共混物性能的影响

在市场购买的ABS树脂中，由于ABS树脂单独使用时的限制，橡胶含量变化不大，一般在13%～15%之间，所以在制备PA6/ABS共混物的过程中，无法考察ABS树脂的胶含量对共混物性能的影响。在研究过程中采用ABS粉料与SAN树脂共混制备不同橡胶含量的ABS树脂。固定PA6与ABS/SAN共混物的总体组成，通过调节ABS粉料与SAN树脂的共混比例来调节ABS/SAN共混物的胶含量，考察了胶含量对共混物性能的影响。

从图1可以看出，随着ABS/SAN共混物中胶含量的增加，冲击强度先升高后降低。在ABS/SAN共混物中胶含量为18%时出现最大值。ABS/SAN共混物中的胶含量对PA6/ABS/SAN共混物其他力学性能的影响如图2至图5所示。随着ABS/SAN共混物中胶含量的增加，PA6/ABS/SAN共混物的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度及弹性模量都越来越低。这是因为随着胶含量增加，在共混物中引入了更多的模量和强度较低的橡胶相，从而使共混物的强度和模量有所降低。由此结果可以发现，如果对共混物的冲击强度要求不高，那么PA6/ABS/SAN共混物中的橡胶相越少，共混物的强度和模量越高。

图1 胶含量对PA6/ABS/SAN共混物冲击强度的影响Fig.1 Effect of rubber content on impact strength of PA6/ABS/SAN blends

图2 胶含量对PA6/ABS/SAN共混物弯曲强度的影响Fig.2 Effect of rubber content on bending strength of PA6/ABS/SAN blends

图3 胶含量对PA6/ABS/SAN共混物弯曲模量的影响Fig.3 Effect of rubber content on bending modulus of PA6/ABS/SAN blends

2.3 SAM树脂的引入对PA6/ABS/SAN共混物性能的影响

为了增加PA6与ABS间的相容性，人们尝试了多种方法。苯乙烯－丙烯腈－马来酸酐三元无规共聚物（SAM）的主要组分为苯乙烯和丙烯腈的共聚物，组成与SAN树脂相似，故与ABS的相容性较好；SAM树脂中含有酸酐基团，可以与PA6的端胺基发生反应，在反应过程中可以形成PA6与SAM树脂的共聚物，从而改善PA6/ABS共混物的力学性能。研究过程中，保持ABS/SAN共混物的胶含量为18%及PA6与ABS/SAN共混物共混比例为50∶50，利用SAM树脂取代部分SAN树脂，考察了SAM树脂的加入对共混物性能的影响。

图4 胶含量对PA6/ABS/SAN共混物拉伸强度的影响Fig.4 Effect of rubber content on tensile strength of PA6/ABS/SAN blends

图5 胶含量对PA6/ABS/SAN共混物弹性模量的影响Fig.5 Effect of rubber content on elastic modulus of PA6/ABS/SAN blends

图6为SAM树脂替换部分SAN树脂时，SAM的用量对PA6/ABS/SAN/SAM 共混物冲击强度的影响。从图中可以看出，冲击强度随着SAM树脂的用量的增加，先升高后降低。当SAM树脂的用量为15%时出现最大值。与未加SAM的PA6/ABS/SAN共混物的冲击性能相比，数值约升高3倍左右。图7到图10给出了SAM树脂替代部分SAN树脂时，SAM的含量对共混物拉伸和弯曲性能的影响。从图中可以看出，在引入SAM树脂后，共混物的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和弹性模量均有不同程度的降低，在其含量超过SAN树脂的15%以后，又有所提高。这可能是因引入少量SAM树脂后，其主要与PA6树脂进行反应，使部分PA6分子链的长度增加，破坏了PA6的结晶所致，当用量较多时，界面作用的加强可以补偿一部分由于破坏结晶引起的性能下降。

图6 SAM替换SAN时的用量对PA6/ABS/SAN/SAM共混物冲击强度的影响Fig.6 Effect of content of SAM substituted for SAN on impact strength of PA6/ABS/SAN/SAM blends

图7 SAM替换SAN时的用量对PA6/ABS/SAN/SAM共混物弯曲强度的影响Fig.7Effect of content of SAM substituted for SAN on bending strength of PA6/ABS/SAN/SAM blends

图8 SAM替换SAN时的用量对PA6/ABS/SAN/SAM共混物弯曲模量的影响Fig.8 Effect of content of SAM substituted for SAN on bending modulus of PA6/ABS/SAN/SAM blends

2.4 SAM树脂对PA6/ABS/SAN共混物熔体流动速率的影响

从图11可以看出，随着SAM树脂替换SAN树脂含量的增加，共混物的熔体流动速率明显下降。当SAM用量达到30%时，共混物的熔体流动速率为2.144g/10min。综合SAM 树脂对PA6/ABS共混物力学性能和流动性的影响结果可知，引入的SAM树脂在共混过程中，主要的作用是与PA6分子链发生反应，熔体流动速率迅速降低还说明SAM树脂中的马来酸酐含量稍高，引起了不同PA6分子链间的交联反应，但并没有起到明显的增加两相相容性的作用。

图9 SAM替换SAN时的用量对PA6/ABS/SAN/SAM共混物拉伸强度的影响Fig.9 Effect of content of SAM substituted for SAN on tensile strength of PA6/ABS/SAN/SAM blends

图10 SAM替换SAN时的用量对PA6/ABS/SAN/SAM共混物弹性模量的影响Fig.10 Effect of content of SAM substituted for SAN on elastic modulus of PA6/ABS/SAN/SAM blends

图11 SAM替换SAN时的用量对PA6/ABS/SAN/SAM共混物熔体流动速率的影响Fig.11 Effect of content of SAM sustituted for SAN on melt flow rate of PA6/ABS/SAN/SAM blends

2.5 共混顺序的改变对共混物性能的影响

在加入SAM对PA6/ABS/SAN共混物进行增容尝试的过程中，无论是SAM树脂与SAN树脂间的物理相容作用，还是SAM树脂与PA6分子链间的化学反应，都是和共混过程中SAM分子链与两相间的接触机率相关的。从理论上来说，如果SAM树脂与SAN树脂先进行混合，相容性较好，可以形成分子链水平的均匀共混物的话，在SAN表面分布的马来酸酐官能团的多少直接决定了与PA6反应的程度；如果SAM树脂先和PA6进行混合，并且预期的反应能够发生，则SAM分子链也应该均匀地分散在PA6相中，那么在PA6表面分布的SAM分子链的多少也决定了SAM树脂能起到增容作用的程度。因此，共混物制备时的共混顺序可能对共混物的相容性及性能产生影响。几种物料的共混顺序可以分成3种情况：（1）SAM树脂先与ABS/SAN进行共混，再与PA6共混制得共混物；（2）SAM树脂先与PA6进行共混，再与ABS/SAN共混制得共混物；（3）SAM 树脂同时与PA6及ABS/SAN共混制得共混物。研究过程中，在PA6与ABS/SAN的共混比例为50∶50、SAM树脂的加入量为SAN树脂的20%、ABS/SAN的胶含量为18%的条件下，改变PA6、ABS及SAM 的加料顺序，考察了SAM树脂在共混过程中的加入顺序对共混物性能的影响。

表1 SAM树脂的引入顺序对PA6/ABS/SAN共混物力学性能的影响Tab.1 Effect of blending sequence of SAM resins on properties of PA6/ABS/SAN blends

表2为原料共混顺序的不同对共混物力学性能的影响。从表中可以看出，SAM树脂先与PA6进行共混时，共混物冲击强度略高。从弯曲和拉伸性能上看，3种组分一起进行共混时，共混物的性能略差一些。但从整体上看，SAM树脂的加入顺序不同时，共混物的各项力学性能相差不大。表明在PA6、ABS和SAM在共混过程中，3种组分在共混挤出过程中不论以怎样的顺序加入，都可以充分接触，因此共混顺序对共混物力学性能的影响不大。

3 结论

（1）PA6与ABS树脂熔融共混过程中，ABS树脂的用量对PA6/ABS共混物的各项力学性能均有影响，共混物的冲击性能、拉伸性能和弯曲性能均随ABS树脂的用量增加先升高后降低，当其用量为50%～60%左右时，共混物的综合性能最佳；

（2）ABS/SAN的胶含量对共混物的性能影响很大。共混物的冲击强度在ABS/SAN的胶含量为18%左右时达到最高。随ABS/SAN胶含量的提高，共混物的拉伸强度、弹性模量、弯曲强度和弯曲模量逐渐降低；

（3）在共混物中引入SAM树脂代替部分SAN树脂时，PA6/ABS/SAN共混物的冲击强度在SAM 树脂的加入量为15%时最高，随SAM树脂加入量的增加，共混物的拉伸和弯曲性能先降低后增加；共混物的熔体流动速率随着SAM树脂在SAN树脂中含量的增加逐渐降低。SAM 树脂的引入顺序对PA6/ABS/SAN共混物的力学性能影响不大。

［1］ Kohan M I.Nylon Plastics Handbook［M］.New York：Hanser Publishers，1995：74－85.

［2］ 郑君双，温晓明.ABS/PA6合金研究进展 ［J］.广州化工，2007，35（1）：13－15.Zheng Junshuang，Wen Xiaoming.Research Development of ABS/PA6Alloy［J］.Guangzhou Chemical Industry，2007，35（1）：13－15.

［3］ 程曾越，谢培生，吴本仁，等.通用树脂实用技术手册［M］.北京：中国石化出版社，1999：125－136.

［4］ 李 军，黄仁军，吴 意，等.SAN－g－GMA的制备及其在PA6/ABS中的应用［J］.塑料工业，2009，37（5）：56－59.Li Jun，Huang Renjun，Wu Yi，et al.Study on the Structure and Properties of PA6/ABS Blends［J］.China Plastics Industry，2009，37（5）：56－59.

［5］ 贾洪宁，王 澜.ABS在聚合物共混改性中的应用 ［J］.工程塑料应用，2003，31（5）：65－68.Jia Hongning，Wang Lan.Advance in the Research of ABS in the Blending Modification of Polymers［J］.Engineering Plastics Application，2003，31（5）：65－68.

［6］ 蔡绪福，陈 力，鲁成祥.ABS/PA6/SAM共混体系的结构与性能［J］.四川大学学报工程：科学版，2005，37（6）：81－86.Cai Xüfu，Chen Li，Lu Chengxiang.Study on the Structure and Properties of ABS/PA6/SMA Blends［J］.Journal of Sichuan University：Engineering Science Edition，2005，37（6）：81－86.

［7］ Misra A，Sawhney G，Kumar R A.Structure and Properties of Compatibilized Blends of Polyamide 6and ABS［J］.J Appl Polym Sic，1993，50（7）：1179－1176.

［8］ Kudva R A，Keskkula H，Pual D R.Properties of Compatibilized Nylon 6/ABS Blends PartⅡ.Effect of Compatibilizer Type and Processing History［J］.Polymer，2000，41（1）：239－258.

［9］ 李 超，李光吉，王 志.超韧PA6/ABS合金的制备［J］.塑料工业，2005，33（9）：22－24.Li Chao，Li Guangji，Wang Zhi.Preparation of Super Toughened PA6/ABS Blend［J］.China Plastics Industry，2005，33（9）：22－24.

［10］ 郭建兵，严 伟，秦舒浩，等.ABS/PA6共混体系聚集态结构的表征及其与力学性能的关系［J］.塑料，2008，37（3）：25－27.Guo Jianbing，Yan Wei，Qin Shuhao，et al.The Quantitative Description of Aggregate Structure and the Relationship with Mechanical Properties of PA6/ABS Blends［J］.Plastics，2008，37（3）：25－27.

［11］ Triacca V J，Ziaee S，Barlow J W，et al.Reactive Compatibilization of Blends of Nylon 6and ABS Materials［J］.Polymer，1991，32（8）：1401－1413.

［12］ 谢静薇，刘 强，谢文炳，等.PA6/ABS共混体系中加入SAM的反应型增容作用［J］.高分子材料与工程，1999，15（5）：87－90.Xie Jingwei，Liu Qiang，Xie Wenbing，et al.Reaction Compatibilization of PA6/ABS Blends with SAM［J］.Polymer Materials Science ＆ Engineering，1999，15（5）：87－90.

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

联系人，tanzhiy＠163.com

（本文编辑：刘本刚）