PET/PA6共混相容性研究

林镇秒，叶海先，陈　欣，谌继宗，李细林，严玉蓉( .华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州50640;.广东新会美达锦纶股份有限公司，广东江门5900 )



PET/PA6共混相容性研究

林镇秒1，叶海先1，陈欣2，谌继宗2，李细林2，严玉蓉1
( 1.华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州510640;
2.广东新会美达锦纶股份有限公司，广东江门529100 )

摘要：采用转矩流变仪制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）/聚酰胺（PA6）重量比为80/20共混体系，通过DSC、SEM、XRD等测试研究了共混体系的相容性。研究结果表明，PA6作为分散相，随机分布在连续相PET中，为“海-岛”状分散结构。PET/PA6共混体系DSC曲线中两次升温过程中均出现两个熔融峰（T(M1)/T(M2)；T(M3)/T(M4)），且T(M3)＜T(M1)，T(M4)＜T(M2)，说明该体系为热力学不相容。PA6分散形态不均匀，二者相容性差；共混过程中两组分各自结晶且相互影响，出现结晶相分离，PA6起到异相成核的作用，整体结晶度有所下降。

关键词：聚酰胺；聚对苯二甲酸乙二醇酯；共混；相容性；结晶

涤、锦纤维混用，涤/锦复合纤维及非织造布在传统纺织及产业用纺织品中的使用日益增多，纤维废弃后的再生使用也涉及到聚酰胺和聚酯的相容性问题。其中聚酯类以PET为代表。PET具有较好的阻隔性和高的热变形温度，在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，不耐热水浸泡，不耐碱。PET的玻璃化温度较高，结晶速度比较慢，模塑周期长，成型周期长，成型收缩率大，尺寸稳定性差，结晶的成型呈脆性，耐热性低，其产品在存储和使用过程中，表面容易吸附尘埃，影响外观效果[1-2]。因此，作为热塑性合成纤维原材料的尼龙6和聚酯材料共混的相容性研究显得尤为重要。本文通过密炼机制备了重量比为80/20的PET/PA6共混体系，通过DSC、SEM、XRD等测试研究了共混体系的相容性。

1　实验部分

1.1原料

PA6，M2400，广东新会美达锦纶股份有限公司；PET，FD501中国石化上海石油化工股份有限公司。

1.2仪器与设备

本实验中采用的主要测试仪器和设备如表1所示。

表1　主要设备及仪器

1.3样品制备

将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型密炼机中加工，密炼温度270℃，时间15 min，转速35 r/min。

1.4性能测试

SEM测试：将共混体系样品断面在甲酸中浸泡48 h，充分刻蚀掉体系中的尼龙成分，再用蒸馏水洗净样品除去残余甲酸，用烘箱烘干样品后贴于导电胶，将样品在真空条件下喷金2次，排布在样品台上扫描观测，电压20 kV。

DSC测试：取上述制备的共混样品，切取5 ～10 mg放置在铝坩埚中，盖上坩埚盖、压实，放入仪器进行测试。测试条件：氮气保护下以10℃/min的速度从20℃升温至300℃后恒温5 min，然后以10℃/min的速度从300℃降温至20℃，恒温5 min，最后以10℃/min的速度从20℃升温至300℃。

XRD测试：将待测样品在280℃下加热熔融，压制成膜后在空气中冷却结晶，将样品装入真空铝箔中保存，以备测试。测试条件：扫描速度5°/min，扫描范围巧5°～ 90°，Cu靶，管压40 kV，管流40 mA，λ= 0.15 418 nm。

2　结果与讨论

2.1PET/PA6共混体系微观结构分析

从热力学角度分析，PET、PA6为不相容体系，其共混结构中PA6的微观结构及其分布状态直接体现共混体系中二者的相容状态。将PET/PA6共混体系用甲酸刻蚀，测得SEM如图1所示。

图1　PET/PA6共混体系刻蚀前后电镜照片

图1是PET/PA6共混体系刻蚀前后微观结构图。由图1可见，PA6作为分散相均以椭球型粒子分布在PET连续相中。部分PA6暴露于表面，部分则嵌入深埋在基体PET中。经过甲酸刻蚀后，暴露或部分嵌入PET表面的PA6均溶解，出现分布不均匀的孔洞，利用数学统计分析软件估算分散相粒径如图2所示。

图2　PET/PA6共混体系中分散相PA分散粒径分布图

从图2可以看出，PA6作为分散相分布在PET中，分散粒径分布较宽。在共混体系中，分散相粒径大小与多种因素有关，包括二者相容性，共混时二者的黏度相对大小，共混强度、共混温度、共混时间及分子链间相关作用力等。

2.2PET/PA6共混体系热性能分析

PET/PA6共混体系热性能分析如图3所示。

从图3的可知，PET/PA6共混体系DSC曲线中两次升温过程中均出现两个熔融峰（TM1/ TM2；TM3/TM4），且TM3＜TM1，TM4＜TM2，说明该体系为热力学不相容，且共混后二者的熔融结晶温度较单一聚合物有所提高，这可能是由于PA6和PET共混以后，它们能够相互促进对方结晶，共混体系的结晶能力比纯组分有所提高的结果[3-4]。第二次升温所测试得到的熔点均比第一次要低，这可能是随着共混的进行，会在一定程度上降低了共混体系中分子链的规整性，使熔点有所降低。

图3　PET / PA6 (80/20)共混体系DSC分析曲线图

DSC的降温曲线可以明确的得到高分子聚合物的结晶峰，结晶高聚物的熔融热结晶与冷结晶是不同的，冷结晶一般出现的温度都较低，此时只有相邻的大分子链段才能排入晶格，而熔融结晶则发生在熔化的高温下，此时大分子链段活动相对比较自由，在降温过程中容易产生大量的晶核，因此其峰值(Tc)和形状常用于分析结晶高聚物的结晶过程，其峰形的尖锐程度可说明高聚物可形成结晶结构的规整性和结构的完整性[5-7]。

由图3可见，PET/PA6共混体系表现出两个明显的结晶峰，共混以后，所有共混体系中PET的结晶温度迅速提高，均在203 ～ 208℃之间，而PA6的结晶温度则降低，这说明在共混过程中PA6和PET是分别结晶的，且相互影响，PA6作为分散相，起到了一定的异相成核的作用，PA6的加入影响二者的结晶状态。PA6大分子链和PET侧链反应以及分子间氢键作用，使得PET的刚性链对PA6产生诱导成核，并使得PET的结晶温度有较大的提高，这同时会成为PET固相成核的位点，使PET结晶温度得以有效的增大[8]。

2.3PET/PA6共混体系结晶分析

图4　PET/PA6共混体系及PET的XRD谱图

图4是PET/PA6和PET的XRD测试曲线对比图，原料PET特征衍射峰分别有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)。根据报道[8]可知，纯的PA6主要在21.4°(α1)和23.1°(α2)会出现α晶型的衍射峰，而共混以后PET/PA6体系从图中可得知，在16.1°/17.6°/23.6°/25.8°出现了结晶特征峰，可清楚的看到α1处的结晶峰明显消失，α2晶型的结晶峰变宽，共混过程中整体结晶度较纯PET 和PA6有所降低。这与DSC分析结果一致。

3　结论

（1）PET/PA6是不相容体系，在共混体系中，重量比为20%的PA6作为分散相以椭球型粒子分布在PET连续相中，PA6分散粒径分布较宽。

（2）PET/PA6共混体系DSC测试升温过程中均出现各自的熔融峰，说明二者相容性不好。共混过程中PA6和PET是分别结晶的，且相互影响，PA6作为分散相，起到了一定的异相成核的作用，PA6的加入影响二者的结晶状态。共混体系的结晶能力比纯组分有所提高，但是结晶度降低。

参考文献

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[8]张新颖.PET/PA6共混体系的酯-酰胺交换反应及其控制[D].湘潭:湘潭大学，2004.

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

通讯作者：严玉蓉（1973-），女，四川德阳人，博士，副教授，主要研究纤维新材料成型加工，纤维及非织造材料功能化改性，静电纺丝及纳米纤维应用。

作者简介：林镇秒（1992-），广东汕尾人，硕士研究生，主要研究方向为聚酰胺的合成及改性。

收稿日期：2016-03-09

文章编号：1672-500X (2016) 01-0001-04

中图分类号：TQ323.4

文献标志码：A

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