超声功率对导电炭黑填充PA 66/PPO共混物性能的影响

韦良强，孙 静，黄安荣，董珈豪，石 敏

（国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵州省贵阳市 550014）

超声功率对导电炭黑填充PA 66/PPO共混物性能的影响

韦良强，孙 静*，黄安荣，董珈豪，石 敏

（国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵州省贵阳市 550014）

在熔融挤出过程中，对导电炭黑填充聚酰胺（PA）66/聚苯醚（PPO）共混物施加一定超声，研究了超声功率对PA 66/PPO共混物力学性能、结晶性能、导电性能及微观形貌的影响。结果表明：超声作用下，共混物的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和县臂梁缺口冲击强度分别提高13.0%，10.4%，7.0%，11.8%；超声作用利于导电炭黑在聚合物基体中的分散；导电炭黑的分散性提高，结晶成核作用增强，PA 66的结晶温度提高；导电炭黑分散性提高有利于使共混物的导电性能提高，表面电阻率和体积电阻率分别提高了92.9%和96.3%。

聚酰胺 聚苯醚 导电炭黑 超声功率

聚酰胺（PA）是一种高性能的工程塑料，具有优异的力学性能、加工流动性、电性能和耐溶剂性，广泛用于制造机械、汽车、化学与电气装置的零件［1-3］；但由于PA 66耐热性能差、冲击强度低、吸水性较强等缺点，限制了PA 66的应用［4-6］。聚苯醚（PPO）的分子结构决定了其具有良好的力学性能、耐热性能和化学稳定性等优点，可在较高的温度条件下连续工作，且PPO在高温条件下的热蠕变性能是所有热塑性工程材料中最优异的［7-8］。为了克服PA 66的缺点，需要对其进行改性，其中，共混改性是一种较简单的方法，通过各组分的组合实现性能互补。将PA 66与PPO进行共混形成PA 66/PPO共混物，可以提高PA 66的耐热性能和尺寸稳定性［9-11］。本工作在PA 66/PPO中加入少量导电炭黑，并在融熔挤出过程中施加超声功率，研究超声功率对导电炭黑填充PA 66/PPO共混物性能及微观形貌的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料与设备

PA 66，PPO：均为日本旭化成公司生产；导电炭黑，亿博瑞特种炭黑化工有限公司生产。

CTE20型同向双螺杆挤出机，科倍隆科亚（南京）机械有限公司生产；WDW-100型微机控制电子万能试验机，上海华龙测试仪器有限公司生产；Q10型差示扫描量热仪，美国TA仪器公司生产；ACL-385型表面电阻测试仪，上海秀中电子设备有限公司生产；Quanta250 FEG型扫描电子显微镜，美国FEI公司生产；ZBC-4B型液晶式摆锤冲击试验机，深圳市新三思计量技术有限公司生产。

1.2 试样制备

将PA 66，PPO于120 ℃真空干燥6 h，导电炭黑于80 ℃真空干燥12 h，将干燥后的PA 66，PPO，导电炭黑按质量比90：10：3混合均匀，然后于290℃熔融挤出造粒，在挤出过程中，通过调节超声设备功率来调控共混物的微观形态，最后将挤出的共混粒子注塑成哑铃形标准试样。

1.3 测试及表征

试样的冲击强度和力学性能分别按GB/T 1843—2008和GB/T 1040.2—2006测试。差示扫描量热法（DSC）分析：取6～7 mg试样，N2气氛下，将试样以10 ℃/min从50 ℃升至290 ℃，恒温5 min，再以10 ℃/min降至40 ℃。电性能按GB/T 1410— 2006测试。扫描电子显微镜分析：将注塑成型的试样在液氮中淬冷冲断，干燥后，断口在真空条件下进行喷金，观察体系相形态分布。

2 结果与讨论

2.1 力学性能

从图1a看出：未加超声功率时，导电炭黑填充PA 66/PPO共混物的拉伸强度和弯曲强度分别为54.2，86.1 MPa，在挤出过程中，对共混物施加200 W的超声后，共混物的拉伸强度提高了13.0%，弯曲强度提高了10.4%；随着超声功率的增加，共混物的拉伸强度及弯曲强度先增大后减小。从图1b可以看出：随着超声功率的增加，PA 66/PPO共混物的弯曲模量及县臂梁缺口冲击强度也是先增大后减小。在超声功率为400 W时，弯曲模量提高了7.0%；在超声功率为600 W时，县臂梁缺口冲击强度提高了11.8%。这是因为PA 66与PPO是不相容体系，在未加相容剂时两者相容性不好，导电炭黑在PA 66与PPO基体中会团聚；在熔融挤出过程中施加超声功率时，超声在一定程度上减小了PPO分散相尺寸，提高了两相之间的相容性；同时超声减弱了导电炭黑在基体中的团聚，提高了其在基体中的分散性；因此，开始施加超声时能够提高共混物的力学性能。当超声功率超过一定程度后，较大的超声功率虽然能更好地提高导电炭黑在PA 66与PPO基体中的分散性，但会导致PA 66与PPO基体发生降解，所以随着超声功率的增加，导电炭黑填充PA 66/PPO共混物的力学性能先增大后减小。

图1 超声功率对导电炭黑填充PA 66/PPO共混物力学性能影响Fig.1 Ultrasound intensity as a function of mechanical properties of conductive carbon black filled PA 66/PPO blends

2.2 DSC分析

从图2a可以看出：未加超声时，共混物中PA 66的熔点为264.5 ℃，当加200 W超声后，共混物的熔点有所下降，随着超声功率从200 W增加到600 W时，共混物的熔点逐渐增加，但都低于未加超声时共混物的熔点；当超声功率增大到800 W时，共混物的熔点最低。这可能是因为在挤出过程中，超声会在一定程度上造成聚合物基体发生降解，所以开始加超声时体系的熔点下降，随着超声功率的增大，共混物中的导电炭黑分散更均匀，结晶成核作用更明显，有利于PA 66结晶，所以熔点逐渐增大，当超声功率为800 W时，过大的超声功率会造成基体材料严重降解，此时共混物的熔点最低。从图2b可以看出：随着超声功率的增大，共混物的结晶温度逐渐增大，这主要是因为超声有利于导电炭黑在基体中分散更加均匀，分散均匀的导电炭黑更有利于PA 66结晶，同时，施加超声会对PA 66与PPO造成一定的降解，PA 66的相对分子质量减小更有利于其链段运动，所以更有利于其结晶。

图2 超声功率对导电炭黑填充PA 66/PPO共混物DSC曲线的影响Fig.2 Effect of ultrasound intensity on DSC curves of conductive carbon black filled PA 66/PPO blends

2.3 电性能分析

从图3看出：未加超声时，共混物的表面电阻为6.2×108Ω，体积电阻为2.3×107Ω·cm3，随着超声功率的增大，表面电阻和体积电阻都逐渐减小，在超声功率为400 W时，表面电阻减小了92.9%，体积电阻减小96.3%。这主要是因为在熔融挤出过程中，施加超声，提高了共混物中导电炭黑的分散性，因此，导电性能得到了提升。

2.4 扫描电子显微镜分析

从图4可以看出：未施加超声时，PPO在PA 66中的分散很差，分散相PPO尺寸较大，另外，导电炭黑在基体中的分散也较差，并且团聚现象比较严重；施加200 W超声时，分散相PPO的尺寸明显减小，并且导电炭黑的团聚现象有所减弱，炭黑的分散性显著提高；随着超声功率的增加，分散相PPO在PA 66中的尺寸逐渐减小，PPO在PA 66中的分布更均一。

图3 超声功率对导电炭黑填充PA 66/PPO共混物电性能的影响Fig.3 Ultrasound intensity as a function of conductivities of conductive carbon black filled PA 66/PPO blends

图4 超声功率对导电炭黑填充PA 66/PPO共混物微观形貌的影响Fig.4 Effect of ultrasound intensity on microstructure of conductive carbon black filled PA 66/PPO blends

3 结论

a）随着超声功率的增大，PA 66/PPO共混物的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度均先增大后减小。

b）施加超声能提高PA 66/PPO共混物的结晶温度。

c）施加超声能减弱PA 66/PPO共混物中导电炭黑的团聚，并提高其在基体中的分散性，PA 66/ PPO共混物的导电性能得到了提升；同时超声能在一定程度上减小PPO在PA 66基体中的分散尺寸。

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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。

韦良强，副研究员，博士，主要从事聚合物功能膜、聚合物超声挤出以及聚合物功能化改性研究。E-mail：marshal_wei@foxmail.com。

贵州省国际科技合作计划（黔科合外G字［2013］7044号），贵州省科技支撑计划项目（工业攻关）（黔科合GZ字［2015］3002号），国家自然基金（21664004）。

*通信联系人。E-mail：422411690@qq.com。