超聲輻照對HDPE/PA6共混物線性粘彈性的影響
時間:2005-05-25
李姜，梁梅，郭少云*
（高分子材料與工程國家重點實驗室，四川大學高分子研究所，成都 610065）
在擠出、密煉等加工過程中引入超聲輻照，高分子共混物有兩方面的變化：其組分會發生力化學降解，分子量降低；降解產生的不同大分子自由基通過偶合就地生成嵌段/接枝共聚物，從而共混物的形態得以改善，相容性和力學性能得以提高[1,2 ]。
共混物熔體的線性粘彈性對其形態結構的變化相當敏感。并且線性粘彈性是在小應變條件下測定的，這不會對體系本身結構造成影響和破壞。因此，利用共混物熔體的線性粘彈性，可以獲得一些用通常表征方法難以得到的有關共混體系結構和相容性的有價值的信息[3]。本文研究了超聲擠出前后HDPE/PA6共混物的線性粘彈性，以此來表征超聲輻照對共混物動態流變性能影響。
共混物的線性粘彈性是在235℃下測定；頻率掃描范圍為0.1－100rad/s；應變為1％左右。測試樣品編號及含義為：UO（未添加相容劑，未經超聲處理）；U400（未添加相容劑，超聲功率為400W）；C0（添加5份相容劑，未經超聲處理）。
圖1－3分別表示了超聲輻照對不同組成共混物的復合粘數、儲能模量、耗能模量等動態流變學參數的影響。一般說來，當共混物的相容性增強時，其復合粘數、儲能模量、耗能模量增加，比較U0和C0的動態流變數據（見圖1－3）可以證實這一點。但超聲輻照同時也會造成共混物組分分子量的降低，這導致共混物動態流變數據的下降。因此，經超聲處理后，共混物的動態流變數據的增減，將由增容作用和降解作用共同決定。從圖1－3我們可以看出，當未加相容劑的共混物中HDPE和PA6的組成比為80：20時，其動態流變數據在經400W超聲處理后略有增加，說明在這個情況下，增容對線性粘彈性的影響更明顯。與此相反，當未加相容劑的共混物體系中HDPE和PA6的組成比為50：50和20：80時，其動態流變數據在經400W超聲處理后有所降低，說明在這兩種情況下，降解對共混物線性粘彈性的影響更大。在我們以前的研究中，我們發現在超聲作用下，HDPE分子鏈的斷裂位置是-C-C-，而PA6分子是在-C-N-處斷裂。很明顯，-C-N-的鍵能低于-C-C-的鍵能，所以在HDPE/PA6共混物中，PA6更容易降解。這也是當PA6組分在共混物中含量較多時，降解對共混物線性粘彈性影響更大的原因。
根據線性粘彈理論,當聚合物為均相體系時，在角頻率ω→0的終端區域，儲能模量G'與耗能模量G"有如下關系：
即在G'- G"的雙對數坐標中，末端區斜率為2。對于不相容的共混物體系，則斜率小于2，且斜率越大，表明相容性越好。
將共混物的儲能模量G'和耗能模量G"作雙對數坐標圖，對末端區進行線性擬合，相關系數大于0.99，各擬合直線的斜率列于表1中。從表1中可以看出，在PA6含量為20％和50％時，C0和U400共混物的末端區斜率均大于U0，一方面驗證了上述的說法，另一方面說明了共混物經過400W超聲處理后,相容性得到了提高。
參考文獻：
[1] Wenlai Feng, A.I.Isayev. In situ compatibilization of PP/EPDM blends during ultrasound aided extrusion. Polymer, 2004, 45(6): 1207
[2] Hyungsu Kim, Jae Wook Lee. Effect of ultrasonic wave on the degradation of polypropylene melt and morphology of its blend with polystyrene. Polymer, 2002, 43(8), 2585
[3] 鄭強，楊碧波，吳剛，李立偉。多組分高分子體系動態流變學研究. 高等學校化學學報，1999, 20(9), 1483
