PA6/弹性体/OMMT复合材料的性能研究

聚酰胺6(PA6)工程塑料的生产主要其集中在发达国家，大部分是大型石化和化工综合企业，如美国的Dupont、Ticona公司，欧洲的BASF、DSM、Radicl塑料、Honywell公司，以及日本的宇部兴产、东丽、三菱瓦斯化学公司等。这些公司生产规模大、产品性能好、技术开发能力强，每年均有大批新牌号进入市场。目前，国内PA6的生产能力及技术水平虽不断增长，但改性PA6的产业化程度还有所不足，产品种类、性能均远不能满足市场的要求，因此我国每年仍需进口大量PA6树脂及其改性品种。因此，开发新型高性能改性PA6产品已成为当务之急。

为此，本研究将PA6、三元乙丙橡胶/三元乙丙橡胶接枝马来酸酐(EPDM/EPDM-g-MAH)弹性体和有机蒙脱土(OMMT)进行三元复合，使EPDM的韧性和蒙脱土的刚性相结合，以同时提高PA6的韧性、模量和拉伸强度，从而得到综合性能更加优良的材料，同时进一步探讨蒙脱土增强增韧理论。

1.1 原料

OMMT，DK2，浙江丰虹粘土化工有限公司；

PA6，1013B，日本宇部兴产株式会社；

EPDM，4045，中国石油吉林石化公司；

EPDM-g-MAH，F410，宁波能之光有限公司；

二甲苯，分析纯，市售。

1.2 仪器与设备

塑料注塑成型机，SZ-100/80，上海塑料机械厂；

万能制样机，ZHY-W，河北承德试验机总厂；

同向双螺杆挤出机，SHJ-36，南京诚盟化工机械有限公司；

微机控制电子万能试验机，CMT6104，深圳市新三思材料检测有限公司；

悬臂梁冲击试验机，XJU-22，承德试验机有限责任公司；

扫描电子显微镜(SEM)，S-530，日本日立公司；

X射线衍射仪(XRD)，D8 ADVANCE，德国Bruker公司。

1.3 样品制备

将干燥处理过的PA6、弹性体(EPDM/EPDM-g-MAH)、OMMT按一定比例混合后，利用双螺杆挤出机熔融共混(机筒温度205~230℃，螺杆转速90 r/min)，经造粒得到PA6/弹性体/OMMT共混粒料，其中PA6/弹性体=80/20。所得粒料经干燥后采用注塑成型机制成标准测试样条。

1.4 性能测试与表征

XRD测试：采用X射线衍射仪测定OMMT片层间距的变化和OMMT用量对PA6晶型的影响。Cu靶K辐射源，石墨单色器；管电压40 kV，管电流30 mA；连续扫描记谱，扫描速度1℃/min，扫描范围0.5~6。

力学性能测试：冲击强度按GB 18341980进行测试；拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 10401992进行测试，标准距离25 mm，拉伸速度50 mm/min；弯曲强度和弯曲模量按GB/T 9341 2000进行测试，试验速度1 mm/min，试样长度120 mm，支点间距48 mm，规定挠度8 mm。

SEM观察：将冲击样条断面常温下喷金处理后，利用扫描电子显微镜观察断面微观形貌；将冲击样条在液氮中浸泡2 h后取出脆断，然后将脆断面在沸腾的二甲苯中刻蚀2 h，喷金处理后利用扫描电子显微镜观察刻蚀断面微观形貌。

2 结果与讨论

本研究利用X射线衍射仪研究了OMMT片层在PA6基体中的分散状态，图1为OMMT、PA6及PA6/OMMT复合材料的XRD曲线。从图1可以看出，OMMT在2为2.85处出现衍射峰，根据X射线衍射条件及Bragg方程计算出对应的层间距为3.096 nm。OMMT与PA6通过熔融插层法共混后，所得复合材料的特征峰中出现OMMT衍射峰。当OMMT用量为2%时，复合材料在2为2.02处出现OMMT衍射峰，其强度相对纯OMMT明显减弱，衍射曲线变得比较平缓，且衍射峰向小角度方向偏移，其对应的OMMT 层间距为4.368 nm，表明此时形成了插层型复合材料。当OMMT用量为5%时，复合材料的OMMT衍射峰几乎消失，这表明此时OMMT片层在PA6基体中剥离，即得到了剥离型复合材料。

2.1 OMMT用量对PA6/弹性体/OMMT复合材料微观形态结构的影响

为了更进一步研究OMMT用量对PA6/弹性体/OMMT复合材料形态结构的影响，本研究将复合材料低温脆断，并采用二甲苯对脆断面进行刻蚀。由于弹性体能溶于二甲苯，而OMMT和PA6则不溶，因此复合材料刻蚀断面SEM照片(如图6所示)中的孔洞为刻蚀 弹性体后所留下的，其直观地反映了弹性体在PA6基体中的形态结构分布。

3 结论

(1)当OMMT用量为2%时，PA6分子插层进入到OMMT片层中，当OMMT用量增至5%时则得到剥离型复合材料。

(2)随着OMMT用量的增加，PA6/弹性体/OMMT复合材料的冲击强度先增大后减小，其中当OMMT用量为2%时复合材料的冲击强度出现极大值(54.29kJ/m2)，是纯PA6(4.15 kJ/m2)的13.08倍。随OMMT用量的增加，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均随之增大，而断裂伸长率则随着OMMT用量的增加先增大后减小，并在OMMT用量为2%时出现极大值。

(3)不含OMMT的PA6/弹性体共混物的断面凹凸不平，出现空洞化现象，并有少量微裂纹产生，表现出韧性断裂的特征；而加入少量(2%)OMMT之后，材料断面出现明显、规则的拉丝现象，并伴随大量微纤生成，这表明该材料在受到冲击时能吸收更多的冲击能，因而具有良好的韧性；另外当OMMT用量增加至10%时，材料冲击断面比较光滑，表现出脆性断裂的特征。

(4)当OMMT用量较少时，其基本分布在PA6基体中，此时弹性体粒径较小，OMMT用量对弹性体粒径的大小影响不大。而当OMMT用量超过5%时，OMMT片层开始进入弹性体中并形成了核壳结构，增加了弹性体的模量和粒径，从而使PA6/弹性体/OMMT复合材料的冲击韧性降低。