永久型抗靜電PA66復(fù)合材料的性能探討

楊留杰 ， 劉冬然 ， 冉 圍 ， 都 鑫 ， 武君君 ， 閆勝利

(滄州旭陽化工有限公司 ， 河北 滄州 061113)

聚酰胺66(PA66)具有優(yōu)異的綜合性能，是五大工程塑料之一，廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電子電器、薄膜、礦井用品等。國內(nèi)PA66產(chǎn)量和需求量逐年增大，特別是主要原料己二腈實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后，PA66發(fā)展前景廣闊[1-2]。PA66具有很高的絕緣電阻， 導(dǎo)致PA66制品表面積累的電荷無法導(dǎo)出而產(chǎn)生靜電，限制了PA66在抗靜電領(lǐng)域的應(yīng)用[3]。作者選用滄州旭陽化工有限公司生產(chǎn)的PA6型永久抗靜電劑，采用共混法制備了永久抗靜電PA66，并研究了該抗靜電劑用量對PA66復(fù)合材料物理力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PA66樹脂，DuPont、Zytel、101L NC010；永久抗靜電劑A，PA6型嵌段共聚彈性體，滄州旭陽化工有限公司；抗氧劑1098，德國巴斯夫公司。

1.2 儀器及設(shè)備

鼓風(fēng)干燥箱，DUG-9246A型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；恒溫恒濕試驗(yàn)箱，ZH-QTH-80B型，東莞市正航儀器設(shè)備有限公司；雙螺桿擠出機(jī)，HK-36型，南京科亞化工成套裝備有限公司；注塑機(jī)，UN120SM型，伊之密精密機(jī)械有限公司；萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)，BTC-EXMULTI.PAC2型，德國ZWICK公司；缺口制樣機(jī)，ZNO型，德國 ZWICK公司；沖擊試驗(yàn)機(jī)，HIT50P型，德國ZWICK公司；差示掃描量熱(DSC)儀，DSC214型，德國耐馳儀器制造有限公司；電阻測試儀，HC200SV型，北京華測實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；平板流變儀，HAAKE MARS 60型，美國賽默飛世爾科技公司。

1.3 試樣制備

準(zhǔn)確稱量干燥好的原料，混合均勻后在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒?？轨o電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0、5%、10%、15%、20%。改性粒子干燥后用注塑機(jī)注塑為標(biāo)準(zhǔn)樣條。擠出工藝條件：加料段230 ℃，壓縮段270 ℃， 均化段265 ℃，口模270 ℃；擠出速度為245 r/min， 喂料速度為14 r/min。 注塑工藝條件：加料段255 ℃，中間段270 ℃，澆口270 ℃。

1.4 性能測試

拉伸性能按GB/T 1040—2006測試，拉伸速率為50 mm/min，試樣注塑后在恒溫恒濕箱中放置24 h再測試。恒溫恒濕箱條件設(shè)定為濕度50%，溫度25 ℃。缺口沖擊強(qiáng)度按 GB/T 1843—2008 測試，試樣尺寸80 mm×10 mm×4 mm，缺口為A型，試樣注塑后在恒溫恒濕箱中放置24 h再測試。恒溫恒濕箱條件設(shè)定為濕度50%，溫度25 ℃。

彎曲強(qiáng)度按GB/T+9341—2008測定，試樣尺寸80 mm×10 mm×4 mm，恒溫恒濕箱條件設(shè)定為濕度50%，溫度25 ℃。表面電阻/體積電阻率測試：注塑制備厚度為2 mm方板，試樣注塑后在恒溫恒濕箱中放置48 h再測試電阻率。恒溫恒濕箱條件設(shè)定為濕度50%，溫度25 ℃。DSC測試：在氮?dú)鈿夥障聹y試，升降溫速率約20 ℃/min，測試溫度35～230 ℃。熱變形溫度按GB/T16340—2004測試，升溫速率為120 ℃/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸彎曲性能

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的抗靜電劑A對PA66復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度的影響如圖1所示。由圖1可知，隨著抗靜電劑A含量的增加，抗靜電PA66復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度逐漸降低。未添加抗靜電劑A的PA66拉伸強(qiáng)度為88.9 MPa，抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，抗靜電 PA66復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為66.2 MPa，比純 PA66的拉伸強(qiáng)度降低了25.5%。

圖1 不同抗靜電劑添加量對復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響

抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)對復(fù)合材料斷裂伸長率的影響如圖2所示。

圖2 不同抗靜電劑添加量對復(fù)合材料斷裂伸長率的影響

由圖2可知，其斷裂伸長率隨著抗靜電劑A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增大，抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%以上時(shí)，抗靜電PA66復(fù)合材料的斷裂伸長率增加明顯。抗靜劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PA66復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響如圖3所示。

圖3 不同抗靜電劑添加量對復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響

由圖3可知，抗靜電PA66復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度隨著抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。在抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，抗靜電PA66復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度降至75.3 MPa，比純PA66的彎曲強(qiáng)度91.8 MPa降低了18%，抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%以上時(shí)，彎曲強(qiáng)度下降趨勢增大。這是因?yàn)榭轨o電劑A是PA6 型嵌段共聚彈性體，其韌性好、強(qiáng)度低，使PA66復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度降低?？轨o電劑A與PA66相容性較好，抗靜電劑A具有較高的斷裂伸長率(斷裂伸長率150%以上)。

2.2 缺口沖擊強(qiáng)度

不同抗靜電劑添加量對復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的影響見圖4。

圖4 不同抗靜電劑添加量對復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的影響

由圖4得出，抗靜電PA66復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨著抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。在抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，抗靜電PA66復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)8.09 kJ/m2，比純PA66的缺口沖擊強(qiáng)度3.51 kJ/m2提高130.5%，增韌效果顯著。主要是抗靜電劑A是嵌段型彈性體，韌性好，其與基體PA66相容性也較好，起到了增韌效果[4]。

2.3 抗靜電性能

抗靜電PA66復(fù)合材料隨著抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其表面電阻和體積電阻率趨勢如圖5～6所示。

圖5 不同抗靜電劑添加量對復(fù)合材料表面電阻的影響

圖6 不同抗靜電劑添加量對復(fù)合材料體積電阻的影響

由圖5、圖6可知，抗靜電PA66復(fù)合材料的表面電阻和體積電阻率隨著抗靜電劑A的加入而降低?？轨o電劑A加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%，PA66復(fù)合材料的表面電阻和體積電阻率降幅非常明顯?？轨o電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時(shí)，其表面電阻9×109Ω，體積電阻率1.2×1010Ω·m，達(dá)到了抗靜電材料的要求，具有了實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。其抗靜電的機(jī)理為在材料內(nèi)部和表面形成導(dǎo)電通路，將靜電導(dǎo)出。根據(jù)圖5和圖6可知，當(dāng)抗靜電劑A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%左右時(shí)，其表面電阻和體積電阻率下降趨勢變緩，說明抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%時(shí)，抗靜電劑A在抗靜電 PA66復(fù)合材料內(nèi)部及表面形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，抗靜電劑A與PA66相容性較好，能均勻分布在PA66基體中[5]。

2.4 熱變形溫度

熱變形溫度是高分子材料耐熱性能優(yōu)劣的量度，也是衡量高分子材料使用溫度的重要參數(shù)，圖7顯示了不同抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA66復(fù)合材料的熱變形溫度。

圖7 不同抗靜電劑添加量對復(fù)合材料熱變形溫度的影響

由圖7可知，隨著抗靜電劑A的增加，抗靜電PA66復(fù)合材料的熱變形溫度呈降低趨勢?？轨o電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，熱變形溫度為63.87 ℃，抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，熱變形溫度為56.1 ℃，降低了12.2%。這是因?yàn)榭轨o電劑A為熱塑性尼龍彈性體，其熱變形溫度低，只有41.5 ℃，它的加入降低了抗靜電PA66復(fù)合材料的熱變形溫度。但是抗靜電劑A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí)，其熱變形溫度為54.8 ℃，較抗靜電劑A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%時(shí)的熱變形溫度降低了2.3%，說明在抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以上時(shí)，抗靜電PA66復(fù)合材料的熱變形溫度降低趨勢趨緩，趨于平衡。

2.5 結(jié)晶溫度

PA66為結(jié)晶型工程塑料，其機(jī)械性能、加工性能受結(jié)晶行為的影響。抗靜電劑A的軟段為非晶材料，抗靜電劑A的加入將影響PA66復(fù)合材料的結(jié)晶性能。圖8為不同抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)下抗靜電PA66復(fù)合材料DSC的降溫曲線。

圖8 不同抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)下PA66復(fù)合材料DSC降溫的曲線

由圖8可知，抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、5%、10%、15%、20%的抗靜電PA66復(fù)合材料的結(jié)晶峰溫度分別為228.03、227.13、226.09、225.29、224.50 ℃。隨著抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，PA66結(jié)晶溫度在下降，但是降低的幅度不大，添加20%抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA66相比于純PA66結(jié)晶溫度下降了1.55%，結(jié)晶峰寬沒有大的變化。說明抗靜電劑A的加入對PA66的結(jié)晶能力影響不大?？轨o電劑A的軟段為非晶材料，軟段分子鏈段的纏結(jié)會(huì)在一定程度上降低PA66分子鏈的規(guī)整排列，降低PA66的結(jié)晶能力，但是由于PA66是高度結(jié)晶材料，抗靜電劑A的加入對其影響有限[6]。

3 結(jié)論

①永久型抗靜電PA66復(fù)合材料在永久型抗靜電劑 A質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí)，其表面電阻和體積電阻率滿足抗靜電復(fù)合材料的要求。②永久型抗靜電PA66復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨抗靜電劑A加入量的增大而增大。③永久型抗靜電PA66復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度隨靜電劑A加入量的增大而降低，斷裂伸長率隨抗靜電劑A加入量的增大而增大。④抗靜電劑A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，永久型抗靜電PA66復(fù)合材料的熱變形溫度降低了 12.2%，再增加抗靜電劑A用量，其熱變形溫度基本保持穩(wěn)定。 ⑤抗靜電劑A的加入對永久型抗靜電PA66復(fù)合材料結(jié)晶性能影響不大。