超聲功率對導電炭黑填充PA 66/PPO共混物性能的影響

韋良強，孫 靜，黃安榮，董珈豪，石 敏

（國家復合改性聚合物材料工程技術研究中心，貴州省貴陽市 550014）

超聲功率對導電炭黑填充PA 66/PPO共混物性能的影響

韋良強，孫 靜*，黃安榮，董珈豪，石 敏

（國家復合改性聚合物材料工程技術研究中心，貴州省貴陽市 550014）

在熔融擠出過程中，對導電炭黑填充聚酰胺（PA）66/聚苯醚（PPO）共混物施加一定超聲，研究了超聲功率對PA 66/PPO共混物力學性能、結晶性能、導電性能及微觀形貌的影響。結果表明：超聲作用下，共混物的拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量和縣臂梁缺口沖擊強度分別提高13.0%，10.4%，7.0%，11.8%；超聲作用利于導電炭黑在聚合物基體中的分散；導電炭黑的分散性提高，結晶成核作用增強，PA 66的結晶溫度提高；導電炭黑分散性提高有利于使共混物的導電性能提高，表面電阻率和體積電阻率分別提高了92.9%和96.3%。

聚酰胺 聚苯醚 導電炭黑 超聲功率

聚酰胺（PA）是一種高性能的工程塑料，具有優(yōu)異的力學性能、加工流動性、電性能和耐溶劑性，廣泛用于制造機械、汽車、化學與電氣裝置的零件［1-3］；但由于PA 66耐熱性能差、沖擊強度低、吸水性較強等缺點，限制了PA 66的應用［4-6］。聚苯醚（PPO）的分子結構決定了其具有良好的力學性能、耐熱性能和化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，可在較高的溫度條件下連續(xù)工作，且PPO在高溫條件下的熱蠕變性能是所有熱塑性工程材料中最優(yōu)異的［7-8］。為了克服PA 66的缺點，需要對其進行改性，其中，共混改性是一種較簡單的方法，通過各組分的組合實現(xiàn)性能互補。將PA 66與PPO進行共混形成PA 66/PPO共混物，可以提高PA 66的耐熱性能和尺寸穩(wěn)定性［9-11］。本工作在PA 66/PPO中加入少量導電炭黑，并在融熔擠出過程中施加超聲功率，研究超聲功率對導電炭黑填充PA 66/PPO共混物性能及微觀形貌的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料與設備

PA 66，PPO：均為日本旭化成公司生產(chǎn)；導電炭黑，億博瑞特種炭黑化工有限公司生產(chǎn)。

CTE20型同向雙螺桿擠出機，科倍隆科亞（南京）機械有限公司生產(chǎn)；WDW-100型微機控制電子萬能試驗機，上海華龍測試儀器有限公司生產(chǎn)；Q10型差示掃描量熱儀，美國TA儀器公司生產(chǎn)；ACL-385型表面電阻測試儀，上海秀中電子設備有限公司生產(chǎn)；Quanta250 FEG型掃描電子顯微鏡，美國FEI公司生產(chǎn)；ZBC-4B型液晶式擺錘沖擊試驗機，深圳市新三思計量技術有限公司生產(chǎn)。

1.2 試樣制備

將PA 66，PPO于120 ℃真空干燥6 h，導電炭黑于80 ℃真空干燥12 h，將干燥后的PA 66，PPO，導電炭黑按質(zhì)量比90：10：3混合均勻，然后于290℃熔融擠出造粒，在擠出過程中，通過調(diào)節(jié)超聲設備功率來調(diào)控共混物的微觀形態(tài)，最后將擠出的共混粒子注塑成啞鈴形標準試樣。

1.3 測試及表征

試樣的沖擊強度和力學性能分別按GB/T 1843—2008和GB/T 1040.2—2006測試。差示掃描量熱法（DSC）分析：取6～7 mg試樣，N2氣氛下，將試樣以10 ℃/min從50 ℃升至290 ℃，恒溫5 min，再以10 ℃/min降至40 ℃。電性能按GB/T 1410— 2006測試。掃描電子顯微鏡分析：將注塑成型的試樣在液氮中淬冷沖斷，干燥后，斷口在真空條件下進行噴金，觀察體系相形態(tài)分布。

2 結果與討論

2.1 力學性能

從圖1a看出：未加超聲功率時，導電炭黑填充PA 66/PPO共混物的拉伸強度和彎曲強度分別為54.2，86.1 MPa，在擠出過程中，對共混物施加200 W的超聲后，共混物的拉伸強度提高了13.0%，彎曲強度提高了10.4%；隨著超聲功率的增加，共混物的拉伸強度及彎曲強度先增大后減小。從圖1b可以看出：隨著超聲功率的增加，PA 66/PPO共混物的彎曲模量及縣臂梁缺口沖擊強度也是先增大后減小。在超聲功率為400 W時，彎曲模量提高了7.0%；在超聲功率為600 W時，縣臂梁缺口沖擊強度提高了11.8%。這是因為PA 66與PPO是不相容體系，在未加相容劑時兩者相容性不好，導電炭黑在PA 66與PPO基體中會團聚；在熔融擠出過程中施加超聲功率時，超聲在一定程度上減小了PPO分散相尺寸，提高了兩相之間的相容性；同時超聲減弱了導電炭黑在基體中的團聚，提高了其在基體中的分散性；因此，開始施加超聲時能夠提高共混物的力學性能。當超聲功率超過一定程度后，較大的超聲功率雖然能更好地提高導電炭黑在PA 66與PPO基體中的分散性，但會導致PA 66與PPO基體發(fā)生降解，所以隨著超聲功率的增加，導電炭黑填充PA 66/PPO共混物的力學性能先增大后減小。

圖1 超聲功率對導電炭黑填充PA 66/PPO共混物力學性能影響Fig.1 Ultrasound intensity as a function of mechanical properties of conductive carbon black filled PA 66/PPO blends

2.2 DSC分析

從圖2a可以看出：未加超聲時，共混物中PA 66的熔點為264.5 ℃，當加200 W超聲后，共混物的熔點有所下降，隨著超聲功率從200 W增加到600 W時，共混物的熔點逐漸增加，但都低于未加超聲時共混物的熔點；當超聲功率增大到800 W時，共混物的熔點最低。這可能是因為在擠出過程中，超聲會在一定程度上造成聚合物基體發(fā)生降解，所以開始加超聲時體系的熔點下降，隨著超聲功率的增大，共混物中的導電炭黑分散更均勻，結晶成核作用更明顯，有利于PA 66結晶，所以熔點逐漸增大，當超聲功率為800 W時，過大的超聲功率會造成基體材料嚴重降解，此時共混物的熔點最低。從圖2b可以看出：隨著超聲功率的增大，共混物的結晶溫度逐漸增大，這主要是因為超聲有利于導電炭黑在基體中分散更加均勻，分散均勻的導電炭黑更有利于PA 66結晶，同時，施加超聲會對PA 66與PPO造成一定的降解，PA 66的相對分子質(zhì)量減小更有利于其鏈段運動，所以更有利于其結晶。

圖2 超聲功率對導電炭黑填充PA 66/PPO共混物DSC曲線的影響Fig.2 Effect of ultrasound intensity on DSC curves of conductive carbon black filled PA 66/PPO blends

2.3 電性能分析

從圖3看出：未加超聲時，共混物的表面電阻為6.2×108Ω，體積電阻為2.3×107Ω·cm3，隨著超聲功率的增大，表面電阻和體積電阻都逐漸減小，在超聲功率為400 W時，表面電阻減小了92.9%，體積電阻減小96.3%。這主要是因為在熔融擠出過程中，施加超聲，提高了共混物中導電炭黑的分散性，因此，導電性能得到了提升。

2.4 掃描電子顯微鏡分析

從圖4可以看出：未施加超聲時，PPO在PA 66中的分散很差，分散相PPO尺寸較大，另外，導電炭黑在基體中的分散也較差，并且團聚現(xiàn)象比較嚴重；施加200 W超聲時，分散相PPO的尺寸明顯減小，并且導電炭黑的團聚現(xiàn)象有所減弱，炭黑的分散性顯著提高；隨著超聲功率的增加，分散相PPO在PA 66中的尺寸逐漸減小，PPO在PA 66中的分布更均一。

圖3 超聲功率對導電炭黑填充PA 66/PPO共混物電性能的影響Fig.3 Ultrasound intensity as a function of conductivities of conductive carbon black filled PA 66/PPO blends

圖4 超聲功率對導電炭黑填充PA 66/PPO共混物微觀形貌的影響Fig.4 Effect of ultrasound intensity on microstructure of conductive carbon black filled PA 66/PPO blends

3 結論

a）隨著超聲功率的增大，PA 66/PPO共混物的拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量、缺口沖擊強度均先增大后減小。

b）施加超聲能提高PA 66/PPO共混物的結晶溫度。

c）施加超聲能減弱PA 66/PPO共混物中導電炭黑的團聚，并提高其在基體中的分散性，PA 66/ PPO共混物的導電性能得到了提升；同時超聲能在一定程度上減小PPO在PA 66基體中的分散尺寸。

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Effect of ultrasound intensity on properties of conductive carbon black fi lled PA 66/PPO blends

Wei Liangqiang， Sun Jing， Huang Anrong， Dong Jiahao， Shi Min
（National Engineering Research Center for Compounding and Modif i cation of Polymeric Materials， Guiyang 550014， China）

Conductive carbon black filled polyamide（PA）66/polyphenylene oxide（PPO）blends were treated by ultrasound in the process of melt extrusion. The effect of ultrasound intensity on the mechanical properties，crystallization behavior，conductivity and microstructure of PA 66/PPO blends were observed. The results show that the tensile strength， bending strength，bending modulus and izod notched impact strength increase by 13.0%，10.4%，7.0% and 11.8% respectively under the ultrasound. The ultrasound helps to improve the dispersion of conductive carbon black in the blending matrix，which enhances the crystallization nucleation and crystallization temperature of PA 66. The increasing dispersion of conductive carbon black is in favor of the increase of the conductivity of the blends，the surface resistivity and volume resistivity rise by 92.9% and 96.3% respectively.

polyamide； polyphenylene oxide； conductive carbon black； ultrasound intensity

TA 323.4

B

1002-1396（2017）04-0036-04

2017-01-28；

2017-04-26。

韋良強，副研究員，博士，主要從事聚合物功能膜、聚合物超聲擠出以及聚合物功能化改性研究。E-mail：marshal_wei@foxmail.com。

貴州省國際科技合作計劃（黔科合外G字［2013］7044號），貴州省科技支撐計劃項目（工業(yè)攻關）（黔科合GZ字［2015］3002號），國家自然基金（21664004）。

*通信聯(lián)系人。E-mail：422411690@qq.com。