表面处理纳米铜粉/PET共混物的流变性能

徐德增，刘智超，赵 婷，郭 静

(大连工业大学纺织与材料工程学院，辽宁大连116034)

表面处理纳米铜粉/PET共混物的流变性能

徐德增，刘智超，赵 婷，郭 静

(大连工业大学纺织与材料工程学院，辽宁大连116034)

采用硅烷偶联剂KH-550对纳米铜粉进行表面处理，通过熔融共混制备纳米铜粉/PET共混物，用毛细管流变仪研究了共混物的流变性能。结果表明:纳米铜粉/PET共混体系为非牛顿性假塑性流体，其表观黏度随着剪切速率的增大而减小;随着纳米铜粉含量增加，非牛顿指数增大;共混物的黏流活化能随剪切速率的增加而减小。

纳米铜粉 聚对苯二甲酸乙二醇酯 流变性能 表面改性

纳米铜粉有良好的光泽度，颗粒尺寸小，比表面积大，同时具有抗菌性、导电性、耐热性等特殊性能，被广泛用于电子浆料、导电涂料、抗菌材料等领域。但由于铜表面活性大，极易与空气发生氧化反应生成氧化亚铜，从而影响其导电性能。纳米铜粉的表面处理目的就是去除氧化层对其性能的影响，增加纳米铜粉在高分子树脂中的界面相容性，提高纳米铜粉在介质中的分散性［1］。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有断裂强度高、耐热性好、弹性模量高等特点，故有广泛的服用和产业用途。但是PET作为抗菌、导电等功能材料的开发仍受到限制，常见的解决方法是用无机填料对其进行共混改性［2］。目前有关纳米铜粉表面处理的研究较多［3－5］，但对纳米铜粉改性后填充聚合物材料的流变性研究很少。作者采用纳米铜粉作为无机填料，用硅烷偶联剂KH-550对其进行表面处理，着重研究了改性后的纳米铜粉及其含量对PET流变性能的影响，为以后的加工成型条件的确立提供依据。

1 实验

1.1 原料

PET:辽阳石化化纤有限公司产，实验前将PET放入烘箱中，150℃下连续干燥12 h;纳米铜粉:上海第二冶炼厂产;硅烷偶联剂KH-550:南京建双化工研究所产。

1.2 实验设备

DGX-9243B电热鼓风干燥箱:上海福玛实验设备有限公司制;RH2000毛细管流变仪:英国Rosand公司制;单螺杆挤出机:上海金纬机械制造有限公司制。

1.3 纳米铜粉的表面处理

先将一定量的KH-550溶解在无水乙醇中，于室温下在磁力搅拌器上搅拌10 min。然后将纳米铜粉加入到KH-550与无水乙醇的混合溶液中，高速搅拌60 min。待搅拌结束后静置30 min，倒掉上层清液，放入烘箱中于110℃下干燥2 h，充分研磨，备用。

1.4 纳米铜粉/PET共混物的制备

将经表面处理过的纳米铜粉与PET混合，纳米铜粉质量分数为 0，0.25%，0.50%，0.75%，1.00%的纳米铜粉/PET试样编号依次为1#，2#，3#，4#，5#。采用单螺杆挤出机对其进行铸带造粒，挤出机 3区的控温温度分别为 260，280，280℃，螺杆转速为40 r/min。

1.5 流变性能测试

采用RH2000型毛细管流变仪，毛细管孔径为0.5 mm，长径比16∶1，剪切速率()为200～6 000 s－1，实验温度分别为 270，272，275 ℃，对不同纳米铜粉含量的试样测试不同下的表观黏度(ηa)、剪切应力(σ)、黏流活化能(△Eη)等。

2 结果与讨论

2.1lgηa－lg关系

由图1可以看出，ηa随的增加而降低，这与通常的非牛顿型假塑性行为表现是一致的，可见纳米铜粉的加入改善了PET的流动性。这是因为随着的增加，共混物大分子链发生解缠结的几率上升，分子链之间的缠结点浓度下降，从而使大分子间的相对滑移更加容易;另外，因为˙γ增大，供分子链段松弛收缩的时间减少，使其在流场中发生取向，从而导致流层间的分子间作用力减弱，流动阻力下降。由图1还可知，在相同˙γ下，随纳米铜粉含量的增加，ηa呈下降趋势，但是当纳米铜粉质量分数达到1%时，ηa反而有所上升。这是由于在PET中添加了经硅烷偶联剂KH-550处理的纳米铜粉，使PET大分子链间的分子作用力降低。另外，因为剪切能在流场中积蓄，随纳米铜粉含量的增加，相界面多，连续性小，通过界面释放能量，表现为流层间滑移，阻力减小，所以ηa降低。但当铜粉含量增加到一定程度时，会使其分散均匀度降低，产生团聚，导致大分子链段运动受阻，使ηa上升。另外，在低下，对ηa的影响更为明显，因此在加工成型过程中，应在低于降解温度的情况下，适当降低以减小材料的不稳定性，从而提高产品的性能。

图1纳米铜粉/PET共混物的lgηa－lg关系曲线Fig.1Plots of lgηa－lg˙γ for nano-copper powder/PET blends

2.2lgσ－lg关系

图2纳米铜粉/PET共混物的lgσ－lg˙γ关系曲线Fig.2Plots of lgσ－lg˙γ for nano-copper powder/PET blends

表1 纳米铜粉/PET共混物的nTab.1 n of nano-copper powder/PET blends

2.3 lnηa－ 1/T 关系

从图3可看出，随着温度的升高，共混体系的ηa下降。这是由于高聚物熔体的流动是通过分子链间的协同作用来实现的，当温度高时，分子相继跃迁能力提高，分子热运动激烈程度加剧，分子间距离增大，材料内部由于较多的能量形成更多的“空穴”(自由体积)，从而导致运动单元跃迁的空间增大，因此ηa上升。由图3还可见，lnηa－1/T有很好的线性关系，但随的变化，关系曲线斜率有所不同，即ηa对温度的敏感性不同。由表2可知，加入纳米铜粉后的共混体系的△Eη随着的增加而减小，这表明˙的提高减弱了温度对ηa的影响。导致这种现象的原因是的增加有助于大分子链段构象的变化，使得链段更加柔顺;同时，增加˙γ可以增强硅烷偶联剂处理的纳米铜粉在PET大分子间的滑移作用，进一步导致其分子间作用力的降低，从而使△Eη下降。

表2不同下2#试样的△EηTab.2△Eηof sample 2#at different˙γ

表2不同下2#试样的△EηTab.2△Eηof sample 2#at different˙γ

˙γ/s－1△Eη/(kJ·mol－1)478 147.74 1 141 116.31 1 762 102.18 2 723 63.44 4 208 29.76

3 结论

a.纳米铜粉/PET共混物熔体为非牛顿型假塑性流体，其ηa随的增加而降低;纳米铜粉的填入有效改善了PET的流动性;在低下，对ηa的影响更为明显。

b.随着纳米粉体含量的增加，n值基本呈上升趋势，其牛顿性有所增强;纳米铜粉/PET共混物的n值均大于纯PET的，这表明纳米铜粉的填入增加了PET的黏-切敏感性，在加工过程中，不宜采用调节˙γ的方法来改善流动性。

c.加入纳米铜粉后的共混体系的△Eη随着的增加而减小;在较高温度和高的下，熔体的黏度降相对较低。

［1］钟武波，左芳，董星龙.导电纳米铜粉表面的氧化层处理和改性研究［J］.过程工程学报，2004，4(增刊):454－455.

［2］邬国铭，李光.高分子材料加工工艺学［M］.北京:中国纺织出版社，2000:13 －14.

［3］何益艳，范修涛，陆瑞卿，等.铜粉表面包覆硅烷偶联剂改性研究［J］.腐蚀与防护，2006，27(2):69－71.

［4］常仕英，郭忠诚.铜粉抗氧化性处理技术的进展［J］.粉末冶金工业，2007，17(1):49 －50.

［5］王晓丽，杜仕国.铜粉处理对涂料导电性能的影响［J］.表面技术，2003，32(1):49 －50.

［6］吴其晔，巫静安.高分子材料流变学［M］.北京:高等教育出版社，2002:46－47.

Rheological behavior of surface modified nano-copper powder/PET blends

Xu Dezeng，Liu Zhichao，Zhao Ting，Guo Jing
(School of Textile and Material Engineering，Dalian Polytechnic University，Dalian 116034)

Nano-copper powder was exposed to surface modification in presence of a silane coupling agent，KH-550，and was prepared into nano-copper/PET blend by melt blending process.The rheological behavior of the blend was studied by capillary rheometer.The results showed that the blend system was non-Newtonian pseudoplastic fluid，whose apparent viscosity decreased with the increase of shear rate;non-Newtonian index increased with the increase of nano-copper powder content;the viscose flow activation energy of the blend decreased with the increase of shear rate.

nano-copper powder;polyethylene terephthalate;rheological behavior;surface modification

TQ342.21

A

1001-0041(2012)03-0018-03

2011-07-18;修改稿收到日期:2012-03-09。

徐德增(1954—)，男，教授，研究方向为高分子材料改性。E-mail:xudz@dlpu.edu.cn。

辽宁省重点实验室项目(LS2010010)。