β-成核聚丙烯/尼龙6合金的制备及性能研究

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本文以聚丙烯(PP)为基体,尼龙6(PA6)为分散相,采用不同方法制备了一系列含β—成核剂的PP/PA6合金(简称β—PP/PA6合金),及以聚丙烯接枝马来酸酐(PP—g—MA)、乙烯—辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE—g—MA)、乙烯—醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐(EVA—g—MA)和聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PP—g—GMA)为相容剂的增容β—PP/PA6合金。用差示扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射(WAXD)、偏光显微镜(POM)、扫描电镜(SEM)等研究了PA6用量、相容剂及其含量、熔融温度以及降温速率等对β—成核PP/PA6合金中PP的非等温结晶行为、结晶形态、熔融特性、β—晶含量和相形态等的影响,首次提出了高含量β—PP/PA6合金的制备方法;并首次通过实验验证了成核剂在PP/PA6合金中的分散性问题。主要研究结果如下: 1.在制备β—PP/PA6合金时,合金中PP的熔融行为和β—晶含量取决于合金组分的加料顺序、加入成核剂时熔体温度及加工时间等。研究首次发现PP和PA6先熔融后再冷却至190℃以下加入成核剂(方法E4),成核剂主要分散在PP相或PP/PA6两相界面,可得到高β—晶含量的β—PP/PA6合金。先制备β—PP再与PA6熔融共混(方法B),制备的合金中β—晶含量较方法E4低,但仍然含有一定量的β—晶。 2.采用方法E4制备的β—PP/PA6合金中,PA6含量对合金中PP的结晶温度和β—晶含量影响不大,合金β—晶含量均在95%以上。PP—g—MA、POE—g—MA和EVA—g—MA不仅使PA6更好地分散在PP中,而且对合金中β—晶含量影响不大。PP—g—MA用量增加,合金中PP的结晶温度降低,但β—晶含量变化不明显。方法E4制备的合金中不同熔融温度下合金中β—晶熔融峰强度高于α—晶的,提高熔融温度有利于合金形成更多的β—晶。非等温结晶动力学表明,方法E4制备的合金中PP结晶较快,结晶速率从高到低为:方法E4制备的β—PP/PA6合金>方法B制备的β—PP/PA6合金>β—PP。POM观察的结晶形态也表明方法E4有利于合金中形成高含量的β—晶PP。 3.方法B制备的未增容β—PP/PA6合金中,随着PA6含量增加,PP结晶温度变化不明显,合金中β—晶含量逐步降低。PP—g—MA、EVA—g—MA和PP—g—GMA增容均可使合金中β—晶含量提高,尤其PP—g—MA和EVA—g—MA作用更加明显,PP—g—GMA提高幅度较小;而POE—g—MA增容却使合金中的β—晶含量降低。这主要归结于PA6/相容剂界面作用和β—PP/相容剂界面作用的影响。PA6/相容剂界面作用强有利于形成β—晶α—晶,β—PP/相容剂界面作用强有利于形成α—晶;合金中β—晶含量的高低取决于两者的共同作用,这与β—成核剂在两相中的分散有关。β—PP/相容剂界面作用强有利于成核剂分散在PP相,则合金中更有利于形成β—晶。非等温结晶动力学表明,结晶速率从高到低为:β—PP/PA6合金>β—PP>β—PP/PA6/PP—g—MA合金。 4.相容剂PP—g—MA,不仅提高PP与PA6相容性降低PA6分散相尺寸,而且减少β—成核剂向PA6相的分散,从而导致PP—g—MA增容合金中PP有利于形成β—晶;且随着PP—g—MA用量的增加,合金中的β—晶含量也逐步增加。EVA—g—MA增容有利于β—PP/PA6合金形成更多的β—晶,且随着EVA—g—MA用量的增加,合金中β—晶含量也逐步增加;归结于EVA—g—MA加入使得PA6/相容剂界面粘结作用增加,成核剂更好地分散在PP相,对PP结晶起β—成核作用;同时降低PA6的结晶能力和α—成核作用。 5.方法B制备的β—PP/EVA—g—MA和EVA—g—MA增容β—PP/PA6合金中均出现β—晶的熔融双峰,归结于结晶熔融重结晶造成。β—PP/PA6合金中PP的β—晶含量与熔融温度有关,熔融温度高有利于形成更多的β—晶。 6.硫酸刻蚀样品的DSC和形态SEM观察表明:PP和PA6先熔融后再冷却至190℃以下温度加入成核剂,成核剂主要分散在PP相或两相界面,可得到高β—晶含量的β—PP/PA6合金;先制备β—PP再与PA6在240℃熔融共混过程中,成核剂因为极性作用而迁移至PA6相或者PP/PA6两相界面而被PA6包覆失去对PP的β—成核作用,制备的β—PP/PA6合金中β—晶含量较低。断口形态SEM观察表明:β—PP/PA6合金界面粘结不良,PA6分散相粒子较大。不同相容剂增容β—PP/PA6合金,PA6分散相粒子尺寸明显变小。相容剂与PA6强的相互作用和PA6粒子变小导致成核剂有利于在PP中分散,有利于合金形成高含量的β—晶。
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