The interactions between compatibiliser activity under melt processing conditions and the morphology and mechanical properties of polyamide 6/polypropylene blends

Abstract

In this study, the activity of an in-situ formed block copolymer in a polyamide 6/polypropylene (PA6/PP) blend was investigated under melt processing conditions through the use of a factorial screening experiment. The independent variables selected were twin screw extruder screw configuration, screw speed, and compatibiliser concentration. The level of dispersion of the minor component in the blend and the dispersion stability were quantified through analysis of extruded and injection moulded specimens. It was found that for compatibiliser contents greater than 2.4 vol% and average stresses during compounding above 100 MPa that the ratio of the specific interfacial area between the PA6 and PP phases reached a constant value of around 90 µm(-1). This value corresponded to an average interfacial thickness of 11 nm. The radius of gyration of the PP block in the in-situ formed PP-block-PA6 was estimated to be 12.9 nm, and hence was of comparable size to the interfacial thickness. It was inferred that the mixing was principally controlled by the quantity of in-situ formed PP-block-PA6 at the higher mixing stresses. During injection moulding a plasticisation energy of 7.5 MJm(-3) at a channel shear rate of 52 s(-1) was used; the nozzle shear rate was around 6,500 s(-1). Under these conditions, it was found that the largest domains produced during extrusion underwent the greatest change during injection moudling. For the highest compatibiliser content employed; i.e., 3.8 vol%, at average extrusion stresses greater than 100 MPa, the domain morphology was largely stable under the injection moulding conditions.

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาความสำคัญของบล็อคโคพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการ ผสมแบบหลอมเหลวของพอลิเมอร์ผสมพอลิเอไมด์และพอลิพรอพิลีน โดยวิธีการทดลองแบบแฟคทอเรียล สกรีนนิ่ง (factorial screening experiment ) ค่าตัวแปรอิสระที่เลือกศึกษาในครั้งนี้ ประกอบด้วยแบบของการจัดเรียงเกลียวหนอนคู่ในเครื่องอัดรีด, ความเร็วรอบของเกลียวหนอนคู่ และความเข้มข้นของสารช่วยผสม วิธีการที่ใช้ศึกษาระดับการกระจายตัวของส่วนประกอบรอง (minor component) ในพอลิเมอร์ผสม คือการวิเคราะห์ตัวอย่างที่ผ่านการอัดรีดและตัวอย่าง ที่ผ่านการฉีดขึ้นรูป จากการวิเคราะห์พบว่าความเข้มข้นของสารช่วยผสมปริมาณมากกว่า 2.4 เปอร์เซนต์โดยปริมาตร ที่ค่าความเค้นเฉลี่ยขณะผสมมากกว่า 100 MPa ค่าอัตราส่วน ของพื้นที่ผิวประจันจำเพาะ (specific interfacial area) ระหว่างวัฏภาคพอลิเอไมด์และ พอลิพรอพิลีนมีค่าคงที่ประมาณ 90 µm-1 และค่าความหนาของผิวประจัน โดยเฉลี่ย เท่ากับ 11 nm ค่ารัศมีไจเรชั่น (Radius of gyration) ของพอลิเมอร์ส่วนที่เป็นพอลิพรอพิลีนใน พอลิพรอพิลีน-บล๊อก-พอลิเอไมด์โคพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้น มีค่าเท่ากับ 12.9 nm ซึ่งมีขนาด อยู่ในช่วงความหนาของพื้นที่ผิวประจัน ที่ค่าความเค้นสูง ๆ พบว่าชนิดการผสมที่ใช้เตรียม พอลิเมอร์ผสม จะควบคุมปริมาณของบล็อคโคพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้น เครื่องฉีดขึ้นรูปที่มีค่า พลังงานการหลอมเหลว (plasticisation energy) เท่ากับ 7.5 MJm-3 ที่ค่าอัตราเฉือน ในช่องเท่ากับ 52 s-1 และค่าอัตราการเฉือนที่น็อซเซิล (nozzle) มีค่าประมาณ 6500 s-1 พบว่าภายในสภาวะการผสมเช่นนี้ ขนาดของวัฏภาคกระจายที่มีขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นขณะผ่านการ อัดรีด จะมีการเปลี่ยนแปลงขนาดอย่างมากขณะที่ผ่านเครื่องฉีดขึ้นรูป สารตัวอย่างที่ เติมสารช่วยผสมที่มีปริมาณสูงสุดที่ใช้ในงานวิจัยครั้งนี้ กล่าวคือมีค่า 3.8 เปอร์เซนต์โดยปริมาตร ที่ค่าความเค้นเฉลี่ยระหว่างอัดรีดมากกว่า 100 MPa ขนาดของ วัฏภาคกระจายในตัวอย่างดังกล่าวมีความเสถียรมาก ภายใต้สภาวะของเครื่องฉีดขึ้นรูป ตามที่กล่าวมา