摘要：對尼龍(PA)6 進行增韌可以改善其低溫下的沖擊強度，擴展PA6 材料的應用領域。以PA6、聚烯烴增韌劑、抗氧劑為原料，在同向雙螺桿擠出機中制備了增韌PA6 材料，考察了一次擠出與二次擠出對增韌PA6 材料力學性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)，擠出過程對增韌PA6 的拉伸強度、斷裂伸長率、拉伸斷裂強度以及室溫沖擊強度影響顯著，二次擠出過程得到的增韌PA6 材料的性能下降，這與PA6 在二次擠出過程中發(fā)生了更嚴重的氧化降解有關，但是對拉伸屈服強度和–40℃沖擊強度影響不顯著，說明這些性能對擠出過程以及氧化降解缺陷不敏感。
        尼龍(PA) 是一種用途最廣、種類最多的工程塑料。該材料具有良好的力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學腐蝕性、自潤滑性和一定的阻燃性，同時PA加工性能優(yōu)良，可一體化成型復雜的結構部件，被廣泛用于汽車、電子電器、機械、軌道交通、體育器械等領域[1]。但是吸水性強、低溫沖擊性能差的缺點限制了PA 材料的應用范圍[2–3]。
        加入增韌劑可以顯著提高PA 在低溫和干態(tài)下的沖擊強度。這種增韌劑一般為馬來酸酐類極性單體接枝的聚烯烴[4–5]。增韌劑與PA 在擠出機中進行熔融共混時，聚烯烴上接枝的極性單體的羧基會與PA 端氨基會發(fā)生縮合反應，原位生成嵌段型接枝物，這種接枝物可以起到增容劑的作用，顯著提高增韌劑在PA 基體中的分散效果。
        由于這種原位增容是在擠出機中完成的，擠出過程對增韌PA6 性能會產(chǎn)生重要影響[6–16]。筆者
采用一次和兩次擠出工藝，研究了擠出過程對增韌PA6 力學性能的影響。
1.實驗部分
1．1　主要原材料
        PA6 ：ZR01–6，平頂山海瑞祥英派瑞科技有限公司；
        增韌劑：KE1–ISM，山東科華賽邦新材料股份有限公司；
        抗氧劑：1010，德國BASF 公司。
1．2　主要儀器及設備
        擠出機：TSE–35 型，南京瑞亞擠出機械制造有限公司；
        注塑機：BT80V 型，博創(chuàng)機械股份有限公司；
        萬能材料試驗機：Exceed E43 型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)( 中國) 有限公司深圳分公司；
        擺錘式?jīng)_擊試驗機：ZBC7000 型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)( 中國) 有限公司深圳分公司；
        缺口制樣機：YJ1251 型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)( 中國) 有限公司深圳分公司；
        低溫冰箱：W–FL90 型，中科美菱低溫科技有限責任公司；
        天平：MS8001SE 型，瑞士梅特勒托利多儀器（中國）有限公司。
1．3　試樣制備
        (1) 一次擠出過程。
        稱取一定量的PA6、增韌劑和抗氧劑，在高速混合機中混合30 min，然后加入同向雙螺桿擠出機料斗中進行擠出，擠出溫度為230～280℃，螺桿轉速為100 r／min，擠出料條后經(jīng)過水冷、牽引，用切粒機造粒備用；將得到的增韌PA6 顆粒在100℃下真空烘箱中干燥12 h 除去水分；將干燥的增韌PA6顆粒采用注塑工藝制備拉伸和沖擊試樣。
        (2) 二次擠出過程。
        稱取一定量的一次擠出增韌的PA6 以及抗氧劑，采用與一次擠出相同的工藝，二次擠出增韌PA6 ；將得到的二次擠出增韌PA6 顆粒在100℃下真空烘箱中干燥12 h 以除去水分；將干燥的增韌PA6 顆粒采用注塑工藝制備拉伸和沖擊試樣。
1．4　性能測試與結構表征
        拉伸性能按照ISO 527–21–2012 測試，試樣尺寸為80 mm×10 mm×4 mm ；
        沖擊性能按照ISO 179–2010 測試，試樣尺寸為80 mm×10 mm×4 mm。
2結果與討論
        采用兩種不同的擠出工藝：一次擠出和二次擠出過程，制備增韌PA6 材料，研究了不同擠出過程對增韌PA6 材料的拉伸強度、拉伸屈服強度、斷裂伸長率、拉伸斷裂強度、室溫和–40℃沖擊強度的影響，結果如表1 所示。

2．1　擠出工藝對增韌PA6 材料拉伸強度的影響

圖1 為增韌PA6 拉伸過程中的應力– 應變曲線。
        拉伸強度是PA 材料在應用過程中很重要的一個指標，此拉伸強度在材料拉伸曲線中的位置如圖1 中的1 點所示。
        從表1 可以看到，擠出過程對增韌PA6 的拉伸強度影響顯著，一次擠出過程得到的增韌PA6 材料的拉伸強度為48.18 MPa，但是經(jīng)過二次擠出過程后，增韌PA6 材料的拉伸強度下降為41.47 MPa。在二次擠出過程中雖然加入了與一次過程等量的抗氧劑，但是增韌PA6 材料仍然發(fā)生了明顯的氧化現(xiàn)象，一次與二次擠出過程得到的增韌PA6 材料外觀如圖2 所示。從圖2 可以看到，二次擠出過程得到的增韌PA6 顆粒顏色明顯比一次擠出過程顆粒顏色深，說明二次擠出過程增韌PA6 材料發(fā)生了更多的氧化降解，因此二次擠出過程中得到的增韌PA6材料的拉伸強度更低。

2．2　擠出工藝對增韌PA6 材料拉伸屈服強度影響
        拉伸屈服強度指PA6 材料在發(fā)生屈服時拉伸強度，當增韌PA6 材料發(fā)生屈服后，伴隨著顯著的塑性變形而失去使用價值，此拉伸屈服強度在增韌PA6 材料拉伸曲線中的位置如圖1 中的2 點所示。
        從表1 可看出，擠出過程對增韌PA6 材料的拉伸屈服強度影響不顯著，一次擠出過程得到的增韌PA6 材料拉伸屈服強度為42.25 MPa，經(jīng)過二次擠出過程后，增韌PA6 材料的拉伸屈服強度略有下降，為41.47 MPa。雖然增韌PA6 材料在二次擠出過程中發(fā)生了更多的氧化降解，但是對增韌PA6 材料拉伸屈服強度的影響并不大，說明增韌PA6 材料拉伸屈服強度對擠出過程以及氧化降解缺陷不敏感。
2．3　擠出工藝對增韌PA6 材料斷裂伸長率的影響
        從表1 可以看到，擠出過程對增韌PA6 材料的斷裂伸長率影響非常顯著，一次擠出過程得到的增韌PA6 材料的斷裂伸長率為198.67%，但是經(jīng)過二次擠出過程后，增韌PA6 材料的斷裂伸長率顯著下降到152.73%，下降幅度達到23%。這是由于二次擠出過程得到的增韌PA6 材料發(fā)生了更多的氧化降解，造成PA6 鏈段缺陷增加，使得增韌PA6 材料斷裂伸長率顯著下降，說明增韌PA6 材料的斷裂伸長率對擠出過程以及氧化降解缺陷非常敏感。
2．4　擠出工藝對材料拉伸斷裂強度的影響
        斷裂強度是指增韌PA6 材料在發(fā)生斷裂時的拉伸強度，此斷裂強度在增韌PA6 材料拉伸曲線中的位置如圖1 中的3 點所示。
從表1 可看到，擠出過程對增韌PA6 材料的斷裂強度影響顯著，一次擠出過程得到的增韌PA6 材料斷裂強度為48.18 MPa，經(jīng)過二次擠出過程后，增韌PA6 材料的斷裂強度下降到40.78 MPa，這與2擠出工藝對增韌PA6 材料拉伸強度的影響十分相似，說明這一性能對擠出過程以及氧化降解缺陷非常敏感。
2．5　擠出工藝對增韌PA6 材料室溫沖擊強度影響
        從表1 可以看到，擠出過程對增韌PA6 材料的室溫沖擊強度影響顯著，一次擠出過程得到的增韌PA6 材料室溫沖擊強度為99.53 kJ／m2，經(jīng)過二次擠出過程后，增韌PA6 材料的室溫沖擊強度下降到89.03 kJ／m2，下降幅度達到10%。這說明增韌PA6材料的室溫沖擊強度對擠出過程以及氧化降解缺陷非常敏感，良好的抗氧劑體系是增韌PA6 材料韌性的良好保障。
2．6　擠出工藝對增韌PA6 材料–40℃沖擊強度的影響
為了滿足增韌PA6 材料在低溫下也能保持良好的抗沖擊性能，需要在低溫下( 一般為–40℃ ) 考核增韌PA6 材料的沖擊強度。
        從表1 可以看到，擠出過程對增韌PA6 材料的–40℃沖擊強度影響不顯著，一次擠出過程得到
的增韌PA6 材料低溫沖擊強度為16.75 kJ／m2，經(jīng)過二次擠出過程后，增韌PA6 材料的低溫沖擊強度略有下降，為15.11 kJ／m2。這說明增韌PA6 材料–40℃的沖擊強度對擠出過程以及氧化降解缺陷不敏感，這與室溫的沖擊強度的影響截然不同，但是隨著溫度的下降，增韌PA6 材料沖擊強度下降非常明顯。
3結論
        (1) 以PA6、增韌劑和抗氧劑為原料，在同向雙螺桿擠出機中制備了增韌PA6 材料，采用不同的擠出過程：一次擠出與二次擠出，并對不同擠出過程得到增韌PA6 材料的拉伸強度、拉伸屈服強度、斷裂伸長率、斷裂強度、室溫和–40℃沖擊強度進行了測試。
        (2) 二次擠出過程得到的增韌PA6 材料與一次擠出過程相比發(fā)生了更顯著的氧化現(xiàn)象，氧化降解給增韌PA6 材料造成的缺陷也更為嚴重。
        (3) 擠出過程對增韌PA6 材料的拉伸強度、斷裂伸長率、拉伸斷裂強度以及室溫沖擊強度影響顯著，二次擠出過程得到的增韌PA6 材料性能顯著下降，這與增韌PA6 材料在二次擠出過程中發(fā)生更嚴重的氧化降解有關，但是對拉伸屈服強度和–40℃沖擊強度影響不顯著，說明這兩種性能對增韌PA6材料擠出過程以及氧化降解缺陷不敏感。