尼龙6(PA6)和聚碳酸酯(PC)共混物是热力学不相容体系，两相间因界面张力大，界面粘接力弱，导致分散状况不好，共混物的力学性能差多年来人们一直在探索能改善PA与PC共混物界面状况、控制相形态、提高共混物力学性能的方法，发现采用反应性增容剂增容不失为一种切实可行的办法，因此采用反应性增容剂增容不相容体系成为近年来研究的热点。这种反应性增容剂能在熔融共混过程中与组分物质发生化学反应而原位生成嵌段或接枝共聚物，增容效果较好。本文探讨了对PA/PC共混体系力学性能影响的主要因素：扩链剂HDI的加入量。HDI的加入起到了扩链和增容的效果，大大增强了共混体系的缺口冲击强度，但过多的加入会使得共混体系的拉伸强度和断裂仲艮率下降，必须综合力学性能来考虑加入量。通过计算出理论用量后，以不同倍数的理论用量进行共混挤出，再经过性能测定，确定最合理的加入量。

　　1 实验部分

　　1.1 原料及设备

　　尼龙6：YH800，岳阳巴陵石化化工化纤有限公司；聚碳酸酯：2805型中黏，德国拜耳公司；聚丙烯：T300，上海石油化工有限公司；己二异氰酸酯即六亚甲基-1,6-二异氯酸酯(HDI)：HDI三聚体HXLV型，上海涂料有限公司；POE:ENGAGE型，上海杜邦有限公司；POE-g-MAH：CMG9805，上海日之升新技术发展有限公司；蒙脱土(OMMT)：DK5表面处理过的蒙脱土，浙江丰虹黏土化工有限公司；苯酚：AR250g，国药集团化学试剂有限公司；甲醇：AR250g，国药集团化学试剂有限公司。

　　同向双螺杆挤出机：TE-34型挤出机，中国化学工业部化工机械研究院；塑料注塑成型机：M3V机系列CJ80M3V型注塑机，广东顺德市震德塑料机械有限公司；真空除湿干燥机：ZK-025型，中国上海实验仪器总厂；SANS微机控制万能力学测试实验机：深圳市新三思材料检测有限公司；转矩流变仪：RM-200A型转距流变仪，哈博电器制造公司；冲击试验机：UJ-40，中国河北省承德市材料实验机厂：熔体流动速度测定仪：SRSY-1型，彭浦制冷器有限公司；差示扫描量热仪：Pyris-1型，Perkin Elmer公司；扫描电镜测定仪(SEM)：JSM-630LV，日本Jeol公司。

　　1.2 扩链剂的理论用量的测定

　　扩链剂理论用量按照下式计算：

　　W=(1/2)×G·CVo×10-4 (1)

　　式中，G为扩链剂摩尔质量，CVo为聚合物中初始羧基或者氨基的质量摩尔浓度，1mol扩链剂与2mol聚合物反应。在计算理论用量前必须先测定尼龙6的端氨基和端羧基的质量摩尔浓度。本实验是通过滴定法测定。

　　1.2 1 端羧基的滴定

　　称取0.2gPA6样品于20mL苄醇中处理，稍微加热至完全溶解，向热溶液中加入3mL正丙醇，立即用0.01mol/L氢氧化钠溶液滴定（用10滴酚酞作指示剂），同时做一空白试验。

　　滴定结果分别为：

　　含PA6样：39.3mL、38.5mL、39.0mL，平均消耗38.93mL

　　空白样：32.8mL、32.0mL、32.4mL.，平均消耗32.40mL

　　再由下式计算出端羧基的含量：

　　x=(a-b)n/c×l0-3=32.5mmol/kg (2)

　　式中，a—滴定样品所用的氢氧化钠溶液量；mL；b—滴定空白样所用氢氧化钠溶液量，mL；n—氢氧化钠溶液的浓度，mol/L；c—试样质量，g。

　　1.2.2 端氨基的测定

　　称取0.2gPA6样品溶于25mL苯酚-甲醇(1：1)混合溶液中，稍微加热至完全溶解，立即用0.01mol/L的盐酸溶液滴定，使用pH试纸监测pH值（pH值在2左右的范围），并做一空白试验。

　　滴定结果分别为：

　　含PA6样：33.5mL、33.0mL、33.2mL，平均消耗盐酸33.2mL

　　空白样：22.1mL、22.3mL、21.7mL，平均消耗盐酸22.1mL

　　再由下式计算出端氨基的含量：

　　X=(A-B)n/W×10-3=55mmol/kg (3)

　　式中，A-滴定样品所用的盐酸溶液量，mL；B-滴定空白样所用的盐酸溶液量，mL；n-盐酸溶液的浓度，mol/L,W-试样质量，g。

　　经过滴定试验，确定PA6的端羧基含量为32.4mmol/kg，端氨基的含量为55mmol/kg。

　　根据汁算的出的端羧基和端氨基质量摩尔浓度，按公式W=(1/2)×G·CVo×10-4，HDI的理论用量为0.68%，因此设计HDI的用量为0、0.17%、0.34%、0.68%、1.36%.按照以上比例分别与PA6、PC共混后进行反应挤出。

　　1.3 试验样品的制备

　　PA6与PC在高性能真空除湿干燥机中于90℃下干燥6h，在按质量比PA6:PC:POE=18:1:1分别与HDI按比例混合后加入双螺杆挤出机挤出。另取PA6、PC和POE-g-MAH按质量比18:1:1混合，再取PA6、PC、OMMT按质量比94:5：1混合，在得到的两个样中分别加入0.34%HDI共混挤出。挤出温度为245℃，螺杆转速为66r/min。挤出物经过水冷、造粒、干燥后注塑成标准测试样条，注塑温度为240℃。不同PA6/PC/POE复合物样品的配方如表1。

　　1.4 分析测试

　　采用冷冻脆断法制备改性材料样品，进行扫描电镜观察，其中，高真空分辨率3.0nm，低真空分辨率4.0nm，放大范围5-50000，样品表面镀金。拉伸性能采用ISO527-2：1993标准进行测试，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能采用ISO178：1993标准进行测试；缺口冲击强度采用ISO179：1982标准进行测试；使用Pyris1型差示扫描量热仪对制得的材料进行DSC测试，得到材料的熔点(Tm)、熔融焓变（△Hm）、结晶温度（Tm）、和结晶焓变(△Hc)；用转距流变仪、熔体流动速率测定仪测定共混物的流变行为，其中按GB/T3682-1983标准测试样品的熔体质量流动速率（MFR）。

　　2 结果与讨论

　　2.1 PA6/PC/POE复合物的扫描电镜(SEM)分析

　　图1是扩链剂HDI添加前后PA6/PC/POE复合物液氮淬断后放大10000倍的SEM。从图1可以发现，不含HDI样品的尼龙基体相和PC分散相之间界面明显，而加入HDI后相界面变得模糊了。这是因为HDI加入后，HDI中的异氰酸酯基团能与PA6的端羧基、端氨基及PC的酚羟基反应，HDI连接了PA6与PC分子链，使得原本不相容的PA6相和PC相融合在了一起。

　　2.2 HDI用量对PA6/PC/POE/HDI复合物力学性能的影响

　　由图2不同HDI用量的PA6/PC／POE/HDI复合物拉伸应力-应变曲线可以发现，3#样拉伸性能很差，可见PA6与PC和增韧剂之问的不相容性影响到了它的拉伸性能。而加入HDI后的样品比不含HDI的3#样品性能得到明显提升，说明扩链剂的加入明显改善了材料的拉伸强度和断裂伸长率。但是加入1.36%HDI的样品(7#)拉伸性能并不是最好的，其主要原因就是HDI用量太大造成摩尔质量急剧增大，黏度迅速增高，进而产品变脆。另一方面黏度太大的话会使得反应挤出不能连续进行，产品性能缺乏稳定性。可见如果相对于产品需要高拉伸性能的话.HDI的加入量不宜过多。

　　由图3不同HDI用量的PA6/PC/POE复合物的弯曲应力-应变曲线可以发现，随着HDI用量的提高，样品的弯曲性能逐渐提升，HDI用量增加可以有效提升样品的弯曲强度，在需要弯曲性能好些的产品时可以考虑稍微增加HDI用量。

　　由图3、图4可以看出，3#样品由于PC和PA6相容性不好，复合物的力学性能比较差。加入增容剂HDI后，共混体系的相容性得到了一定程度的改善，复合物的弯曲强度和冲击强度有所提高。图3显示7#样的弯曲强度值相对于没有加入HDI的3#样弯曲强度提高了11%，图4显示7#样缺口冲击强度值提高了383%，达到40.03kJ/m2，成为一种“超韧性”材料。

　　2.3 PA6/PC/POE复合物的DSC分析

　　用差示扫描量热仪(DSC)研究复合物的熔融行为和结晶行为，结果如图5、图6和表2。从结果可看出，加入聚碳酸酯和HDI后，由于扩链作用使PA6的摩尔质量增大，同时产生局部的微交联作用。影响了PA6链段的运动，导致共混体系的热性能发生变化。尼龙6的摩尔质量随HDI用量的提高而增大，同时也由于分子链增长及新形成的分子链支链导致结晶度下降，结晶不完善，熔点及结晶度下降。

　　2.4 HDI添加量对PA6/PC/POE复合物流变性能的影响

　　不同HDI用量的PA6/PC/POE复合物扭矩-转速的关系和MFR如图7、图8所示。从图中可以看出，初期HDI用量较少时，随着HDI用量的增加扭矩也逐渐变大，并且随着转速提高扭矩也是越来越大，这是因为在熔融过程中，HDI中的异氰酸酯基团与PA6的端氨基、端羧基和PC的端羟基发生了化学键合，使分散相在切应力作用下形变更加困难，与此同时，基体大分子也由于分散相的牵制作用而难以解缠，从而导致熔体黏度大大增加，这也可以通过PA6/PC/POE复合物的MFR逐渐减小看出来。

　　HDI的加入进一步增强了分子间相互作用程度和分子链之间的缠结，进而提高了PA6与PC之间的界面黏合，从而有利于共混物力学性能的改善。但当HDI质量分数超过0.34%后扭矩又反比例增长，这可能是由于HDI本身是小分子，没反应的HDI可以作为高分子熔体的润滑剂，进而提升了样品的流动性。从流变性能考虑，增容剂的加入使共混物熔体的黏度明显增大，且在0.34%-0.68%时达到最大值，但随后呈下降趋势，流动过于困难则不利于成型加工（如薄壁制品）。

　　PA6/PC/POE-g-MAH/HDI复合物(8#)的扭矩特别大，随转速降低扭矩降低的幅度也最大。说明POE-g-MAH的相容性比POE更好，其分子内含有反应活性很高的马来酸酐基团，在熔融过程中与PA6发生化学键合，从而增强了分子间作用力和分子链之间的缠结，提高了整体黏度。

　　3 结论

　　PA6/IPC/POE复合物加入HDI后，PA6与PC的相界面变得模糊，这是因为HDI中的异氰酸酯基团能与PA6的端羧基、端氨基及PC的酚羟基反应，PA6相和PC相融合在了一起。随着HDI加入量的增加，PA6/PC/POE复合物的拉伸强度略微下降，但是弯曲性能略有提升，而冲击强度更是提高了三倍多，成为超韧性材料。加入HDI后，复合物熔点及结晶度下降。随着HDI的加入量逐渐增大，PA6/PC/POE复合物的流动速率逐渐减慢，黏度逐渐升高。其中PA6/PC/POE-g-MAH/HDI复合物黏度最大，增容效果最好。