永久型抗静电PA66复合材料的性能探讨

杨留杰 ， 刘冬然 ， 冉 围 ， 都 鑫 ， 武君君 ， 闫胜利

(沧州旭阳化工有限公司 ， 河北 沧州 061113)

聚酰胺66(PA66)具有优异的综合性能，是五大工程塑料之一，广泛应用于汽车行业、机械工业、电子电器、薄膜、矿井用品等。国内PA66产量和需求量逐年增大，特别是主要原料己二腈实现国产化后，PA66发展前景广阔[1-2]。PA66具有很高的绝缘电阻， 导致PA66制品表面积累的电荷无法导出而产生静电，限制了PA66在抗静电领域的应用[3]。作者选用沧州旭阳化工有限公司生产的PA6型永久抗静电剂，采用共混法制备了永久抗静电PA66，并研究了该抗静电剂用量对PA66复合材料物理力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

PA66树脂，DuPont、Zytel、101L NC010；永久抗静电剂A，PA6型嵌段共聚弹性体，沧州旭阳化工有限公司；抗氧剂1098，德国巴斯夫公司。

1.2 仪器及设备

鼓风干燥箱，DUG-9246A型，上海精宏实验设备有限公司；恒温恒湿试验箱，ZH-QTH-80B型，东莞市正航仪器设备有限公司；双螺杆挤出机，HK-36型，南京科亚化工成套装备有限公司；注塑机，UN120SM型，伊之密精密机械有限公司；万能拉伸试验机，BTC-EXMULTI.PAC2型，德国ZWICK公司；缺口制样机，ZNO型，德国 ZWICK公司；冲击试验机，HIT50P型，德国ZWICK公司；差示扫描量热(DSC)仪，DSC214型，德国耐驰仪器制造有限公司；电阻测试仪，HC200SV型，北京华测实验仪器有限公司；平板流变仪，HAAKE MARS 60型，美国赛默飞世尔科技公司。

1.3 试样制备

准确称量干燥好的原料，混合均匀后在双螺杆挤出机中挤出造粒。抗静电剂A质量分数分别为 0、5%、10%、15%、20%。改性粒子干燥后用注塑机注塑为标准样条。挤出工艺条件：加料段230 ℃，压缩段270 ℃， 均化段265 ℃，口模270 ℃；挤出速度为245 r/min， 喂料速度为14 r/min。 注塑工艺条件：加料段255 ℃，中间段270 ℃，浇口270 ℃。

1.4 性能测试

拉伸性能按GB/T 1040—2006测试，拉伸速率为50 mm/min，试样注塑后在恒温恒湿箱中放置24 h再测试。恒温恒湿箱条件设定为湿度50%，温度25 ℃。缺口冲击强度按 GB/T 1843—2008 测试，试样尺寸80 mm×10 mm×4 mm，缺口为A型，试样注塑后在恒温恒湿箱中放置24 h再测试。恒温恒湿箱条件设定为湿度50%，温度25 ℃。

弯曲强度按GB/T+9341—2008测定，试样尺寸80 mm×10 mm×4 mm，恒温恒湿箱条件设定为湿度50%，温度25 ℃。表面电阻/体积电阻率测试：注塑制备厚度为2 mm方板，试样注塑后在恒温恒湿箱中放置48 h再测试电阻率。恒温恒湿箱条件设定为湿度50%，温度25 ℃。DSC测试：在氮气气氛下测试，升降温速率约20 ℃/min，测试温度35～230 ℃。热变形温度按GB/T16340—2004测试，升温速率为120 ℃/min。

2 结果与讨论

2.1 拉伸弯曲性能

不同质量分数的抗静电剂A对PA66复合材料的拉伸强度的影响如图1所示。由图1可知，随着抗静电剂A含量的增加，抗静电PA66复合材料的拉伸强度逐渐降低。未添加抗静电剂A的PA66拉伸强度为88.9 MPa，抗静电剂A质量分数为20%时，抗静电 PA66复合材料的拉伸强度为66.2 MPa，比纯 PA66的拉伸强度降低了25.5%。

图1 不同抗静电剂添加量对复合材料拉伸强度的影响

抗静电剂A质量分数对复合材料断裂伸长率的影响如图2所示。

图2 不同抗静电剂添加量对复合材料断裂伸长率的影响

由图2可知，其断裂伸长率随着抗静电剂A的质量分数增加而增大，抗静电剂A质量分数在15%以上时，抗静电PA66复合材料的断裂伸长率增加明显。抗静剂A质量分数对PA66复合材料弯曲强度的影响如图3所示。

图3 不同抗静电剂添加量对复合材料弯曲强度的影响

由图3可知，抗静电PA66复合材料的弯曲强度随着抗静电剂A质量分数的增加而降低。在抗静电剂A质量分数为20%时，抗静电PA66复合材料的弯曲强度降至75.3 MPa，比纯PA66的弯曲强度91.8 MPa降低了18%，抗静电剂A质量分数达到10%以上时，弯曲强度下降趋势增大。这是因为抗静电剂A是PA6 型嵌段共聚弹性体，其韧性好、强度低，使PA66复合材料拉伸强度及弯曲强度降低。抗静电剂A与PA66相容性较好，抗静电剂A具有较高的断裂伸长率(断裂伸长率150%以上)。

2.2 缺口冲击强度

不同抗静电剂添加量对复合材料缺口冲击强度的影响见图4。

图4 不同抗静电剂添加量对复合材料缺口冲击强度的影响

由图4得出，抗静电PA66复合材料的缺口冲击强度随着抗静电剂A质量分数的增加而增大。在抗静电剂A质量分数为20%时，抗静电PA66复合材料缺口冲击强度达8.09 kJ/m2，比纯PA66的缺口冲击强度3.51 kJ/m2提高130.5%，增韧效果显著。主要是抗静电剂A是嵌段型弹性体，韧性好，其与基体PA66相容性也较好，起到了增韧效果[4]。

2.3 抗静电性能

抗静电PA66复合材料随着抗静电剂A质量分数的增加，其表面电阻和体积电阻率趋势如图5～6所示。

图5 不同抗静电剂添加量对复合材料表面电阻的影响

图6 不同抗静电剂添加量对复合材料体积电阻的影响

由图5、图6可知，抗静电PA66复合材料的表面电阻和体积电阻率随着抗静电剂A的加入而降低。抗静电剂A加入质量分数达到15%，PA66复合材料的表面电阻和体积电阻率降幅非常明显。抗静电剂A质量分数达到20%时，其表面电阻9×109Ω，体积电阻率1.2×1010Ω·m，达到了抗静电材料的要求，具有了实际应用价值。其抗静电的机理为在材料内部和表面形成导电通路，将静电导出。根据图5和图6可知，当抗静电剂A的质量分数达到15%左右时，其表面电阻和体积电阻率下降趋势变缓，说明抗静电剂A质量分数在15%时，抗静电剂A在抗静电 PA66复合材料内部及表面形成导电网络，抗静电剂A与PA66相容性较好，能均匀分布在PA66基体中[5]。

2.4 热变形温度

热变形温度是高分子材料耐热性能优劣的量度，也是衡量高分子材料使用温度的重要参数，图7显示了不同抗静电剂A质量分数的PA66复合材料的热变形温度。

图7 不同抗静电剂添加量对复合材料热变形温度的影响

由图7可知，随着抗静电剂A的增加，抗静电PA66复合材料的热变形温度呈降低趋势。抗静电剂A质量分数为0时，热变形温度为63.87 ℃，抗静电剂A质量分数为10%时，热变形温度为56.1 ℃，降低了12.2%。这是因为抗静电剂A为热塑性尼龙弹性体，其热变形温度低，只有41.5 ℃，它的加入降低了抗静电PA66复合材料的热变形温度。但是抗静电剂A的质量分数20%时，其热变形温度为54.8 ℃，较抗静电剂A的质量分数10%时的热变形温度降低了2.3%，说明在抗静电剂A质量分数在10%以上时，抗静电PA66复合材料的热变形温度降低趋势趋缓，趋于平衡。

2.5 结晶温度

PA66为结晶型工程塑料，其机械性能、加工性能受结晶行为的影响。抗静电剂A的软段为非晶材料，抗静电剂A的加入将影响PA66复合材料的结晶性能。图8为不同抗静电剂A质量分数下抗静电PA66复合材料DSC的降温曲线。

图8 不同抗静电剂A质量分数下PA66复合材料DSC降温的曲线

由图8可知，抗静电剂A质量分数为0、5%、10%、15%、20%的抗静电PA66复合材料的结晶峰温度分别为228.03、227.13、226.09、225.29、224.50 ℃。随着抗静电剂A质量分数增加，PA66结晶温度在下降，但是降低的幅度不大，添加20%抗静电剂A质量分数的PA66相比于纯PA66结晶温度下降了1.55%，结晶峰宽没有大的变化。说明抗静电剂A的加入对PA66的结晶能力影响不大。抗静电剂A的软段为非晶材料，软段分子链段的缠结会在一定程度上降低PA66分子链的规整排列，降低PA66的结晶能力，但是由于PA66是高度结晶材料，抗静电剂A的加入对其影响有限[6]。

3 结论

①永久型抗静电PA66复合材料在永久型抗静电剂 A质量分数20%时，其表面电阻和体积电阻率满足抗静电复合材料的要求。②永久型抗静电PA66复合材料的缺口冲击强度随抗静电剂A加入量的增大而增大。③永久型抗静电PA66复合材料的拉伸强度、弯曲强度随静电剂A加入量的增大而降低，断裂伸长率随抗静电剂A加入量的增大而增大。④抗静电剂A质量分数为10%时，永久型抗静电PA66复合材料的热变形温度降低了 12.2%，再增加抗静电剂A用量，其热变形温度基本保持稳定。 ⑤抗静电剂A的加入对永久型抗静电PA66复合材料结晶性能影响不大。