PA6-b-PU共聚物的制备及其增容PA6/TPU共混体系的研究

摘要

本文采用阴离子悬浮聚合的方法，成功制备出聚氨酯含量分别为15％、20％和25％的粉末状尼龙6-聚氨酯嵌段共聚物（PA6-b-PU），通过FTIR、DSC、TG、WAXD和SEM等表征手段对该共聚物的结构、性能和微观形貌进行了研究。然后将PA6-b-PU共聚物通过熔融共混加入PA6/TPU共混体系中，采用SEM、DSC和力学性能测试等表征手段研究了PA6-b-PU共聚物增容PA6/TPU共混体系的结构和性能，考察了PA6-b-PU共聚物的含量、嵌段比例等因素对PA6/TPU体系的两相结构、结晶行为和力学性能的影响。此外，还将PU含量为25％的PA6-b-PU共聚物，作为PA66/TPU共混体系的增容剂，研究了该增容共混体系的结构和性能。
　　FTIR、DSC和TG测试的结果表明，本实验利用阴离子悬浮聚合法成功制备了PA6-b-PU共聚物，且相对于均聚尼龙6，随着PU含量的增加，PA6-b-PU共聚物的熔点、结晶温度、结晶度和热稳定性逐渐下降。通过SEM观察发现，PA6-b-PU共聚物的微观形貌为粒径较规整的微球状，且表面较光滑。WAXD结果表明，PA6-b-PU共聚物的晶型与均聚尼龙6一样，仍为α晶型。
　　采用SEM对PA6-b-PU共聚物增容PA6/TPU共混体系的两相结构进行了研究，结果表明，随着PA6-b-PU共聚物的加入，体系中TPU分散相粒子的尺寸呈明显下降的趋势，TPU分散更为均匀，当PA6-b-PU共聚物含量增加到一定值时，TPU分散相粒子尺寸达到最小，然后继续增加PA6-b-PU共聚物含量，分散相尺寸反而增大，这表明，PA6-b-PU共聚物能有效地提高PA6/TPU的相容性，但过多的PA6-b-PU共聚物反而不利于增容。比较不同PU含量的PA6-b-PU共聚物增容PA6/TPU体系的两相结构，发现PU含量15％和20％的PA6-b-PU共聚物增容体系在共聚物含量为7 phr时分散相尺寸达到最小值，而PU含量为25％的PA6-b-PU共聚物增容体系则在5 phr时分散相尺寸即达到最小值，这表明提高PA6-b-PU共聚物中PU组分的嵌段比例，有利于提高共聚物的增容效果。
　　通过DSC研究了PA6-b-PU共聚物增容PA6/TPU体系的结晶熔融行为，结果表明，与未增容体系相比，PA6-b-PU共聚物加入之后，共混体系的结晶度出现了不同程度的下降，结晶度最低时PA6-b-PU共聚物的含量值与前述TPU分散相尺寸最小时的PA6-b-PU共聚物的含量值是一致的。这说明，PA6-b-PU共聚物的引入使得TPU相分散更加均匀，分散相尺寸变小，而且其两亲性使TPU与PA6的结合程度增加，这些因素导致 PA6结晶时，分子链的运动受到一定限制，从而降低了体系中PA6的结晶度。
　　PA6-b-PU共聚物增容 PA6/TPU共混体系的力学性能测试结果表明，PA6-b-PU共聚物的加入可同时提高PA6/TPU体系的拉伸强度和缺口冲击强度，且随着PA6-b-PU共聚物含量的增加，体系的拉伸强度和缺口冲击强度均呈现先增加后下降的趋势。PU含量为15％和20％的PA6-b-PU共聚物增容体系在共聚物含量为7 phr时，拉伸强度和缺口冲击强度最高，与未增容体系相比，拉伸强度分别提高了25.3％和28.1％，缺口冲击强度分别提高了132.8％和148.4％；而PU含量为25％的PA6-b-PU共聚物增容体系则在5 phr时，拉伸强度和缺口冲击强度达到最高，与未增容体系相比，分别提高了29.0％和159.4％，这些结果说明PA6-b-PU共聚物能有效地改善PA6/TPU的力学性能，同时达到增强和增韧的效果，且与前述增容体系的相容性和结晶性的研究结果非常吻合。
　　PA6-b-PU25％共聚物增容PA66/TPU共混体系结构与性能的研究结果表明，PA6-b-PU共聚物可以有效地减小共混体系中TPU分散相的尺寸，降低PA66的结晶度，提高体系的力学性能，说明PA6-b-PU共聚物对PA66/TPU也有良好的增容作用。当共聚物PA6-b-PU25％含量为5 phr时，拉伸强度和缺口冲击强度达到最高，相对于未增容体系，共混体系的拉伸强度提高了17.4％，缺口冲击强度提高了104.4％。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 尼龙6简介

1.3 尼龙6的增韧改性研究进展

1.4 TPU增韧改性普通尼龙6的相容性研究进展

1.5 本文的研究目的和研究内容

第2章 尼龙6-聚氨酯嵌段共聚物的制备及其表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 尼龙6-聚氨酯嵌段共聚物增容PA6/TPU共混体系的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 尼龙6-聚氨酯嵌段共聚物增容PA66/TPU共混体系的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文