尼龙6_PEO聚电解质抗静电复合材料的结构与性能研究

树脂改性与合金尼龙6/PEO 聚电解质抗静电复合材料的结构与性能研究　Ξ老光锐1,李细林2,罗明良1,2,吴水珠1,赵建青1,陈维壮2(1.华南理工大学材料学院,广东广州510640;2.广东新会美达锦纶股份有限公司,广东新会529100) 摘要:通过碱金属离子与聚氧化乙烯(PE O )的络合配位制备了不同比例的PE O 聚电解质,将PE O 聚电解质与尼龙6熔融共混挤出,制备抗静电尼龙6复合材料;测试了复合材料的力学性能和电性能;分析了影响机理,并借助傅立叶转换红外光谱和扫描电镜表征了复合材料的结构。

结果表明,碱金属离子与PE O 结构单元的物质的量比为1/6时,复合材料体积电阻率下降幅度达到了5个数量级,同时冲击强度明显提高,拉伸强度有所下降。

红外谱图显示,尼龙6基体与聚电解质发生了相互作用。

关键词:尼龙6;聚氧化乙烯;熔融共混;抗静电;复合材料 中图分类号:T Q32316 文献标识码:A 文章编号:1005-5770(2005)11-0014-03Structure and Properties of Antistatic N ylon 6/PEO Polyelectrolyte CompositeLAO G uang 2rui 1,LI X i 2lin 2,LUO Ming 2liang 1,2,W U Shui 2zhu 1,ZH AO Jian 2qing 1,CHE N Wei 2zhuang 2(1.C ollege of Materials Sci.and Eng 1,S outh China University of T echnology ,G uangzhou 510640,China ;2.G uangdong X inhui Meida Nylon C o.Ltd.,X inhui 529100,China )Abstract :Nylon 6/P olyethylene oxide (PE O )polyelectrolyte com posites with different m olar ratio of alkali metal ion and PE O polymer unit were prepared by means of com plexation reaction.The mechanical performance and electrical property of the com posites were tested and the affecting mechanism was analyzed.The structure of the com posites was characterized by means of SE M and FT 2IR.The results showed that when the mass ratio of the alka 2li metal ion and PE O was 1/6,the v olume resistivity of the com posite dropped off by 5orders of magnitude ,the im pact strength increased greatly while the tensile strength decreased a little.The result of FT 2IR suggested that PE O polyelectrolyte interacted well with nylon 26matrix.K eyw ords :Nylon 26;P olyethylene Oxide ;Melting Blend ;Antistatic ;C om posite 聚电解质是近20年来高分子材料领域的一个研究热点。

它不但具有较好的导电性,而且还具有高分子材料所特有的质量轻、柔性和弹性好、易成膜等特点。

1973年,Wright P V 等[1]首次发现了聚氧化乙烯(PE O )与碱金属盐配位具有离子导电性。

PE O 是研究最早且最为广泛的聚合物电解质基质材料[2]。

而尼龙6具有较好的力学性能、耐磨自润滑性和加工流动性而成为当前用途最广泛的工程塑料。

但是良好的电绝缘性能,使之容易发生静电荷的聚集,从而严重影响正常的生产和工作,甚至会引起爆炸及火灾,因此要求尼龙6制品在具有较高的力学性能的同时还呈现抗静电功能,以满足使用过程中不同特性的需要[3]。

针对上述情况,本实验制备了不同物质的量比(M +/E O ,M +表示碱土金属离子,E O 表示PE O 聚合结构单元)的聚电解质,并与尼龙6熔融共混制备了尼龙6/聚电解质抗静电复合材料,并对复合材料的结构、力学性能及电性能进行了表征。

1　实验部分111　主要原料 PA6切片:M52800,新会美达-DS M 尼龙切片有限公司;PE O :上海联胜化工有限公司;无水乙醇、碱金属盐及助剂均为市售。

112　主要设备及仪器 高速混合机:CH1000型,北京市塑料机械厂;・41・塑料工业CHI NA P LASTICS I NDUSTRY 第33卷第11期2005年11月Ξ作者简介:老光锐,男,硕士生,主要从事功能高分子、塑料及纤维工程与理论方面的研究。

nicerui @1261com双螺杆挤出机:S JSH2Z230型,南京橡塑机械厂;冷切粒机:LQ250型,南京橡塑机械厂;注塑机:TTI2 160F型,中国东莞市东华机械有限公司;塑料洛氏硬度计:XHR2150型,上海材料试验机厂;万能电子拉力试验机:AG21型,日本岛津公司;平板硫化机: X LB2D型,中国浙江湖州宏图机械有限公司;冲击试验机:U J24型,中国承德试验机厂;傅立叶变换红外光谱仪:VECT OR33型,德国BRUKER公司;高绝缘漏电流测量仪:RP2680,北京瑞普电子仪器厂;扫描电子显微镜:S2550型,日本日立公司。

113　试样制备 首先将不同物质的量比的碱金属盐与PE O置于三口瓶中,以无水乙醇或己腈为介质,常温搅拌2～4h,抽滤置于真空烘箱中干燥待用。

PA6、PE O聚电解质及助剂按一定配比经高速混合后,加入挤出机料斗中,熔融共混,挤出切粒(实验中PE O聚电解质加量均为5份),并用注塑机制成标准试样,测其机械性能;用热压机制备厚度为1 mm的薄片,测其体积电阻率。

114　性能测试及结构表征 扫描电镜(SE M):将尼龙6/PE O聚电解质复合材料经过冲击断裂后,放入烘箱中干燥,断面喷金后利用扫描电子显微镜对试样的断面进行观察分析,测试电压25kV,放大倍数5000倍。

力学性能:拉伸强度按G B/T1040—1992进行测试,冲击强度按G B/T1843—1980进行测试。

体积电阻率按文献[4]提供方法测试。

红外光谱分析(FT2IR):将挤出的复合材料切粒干燥后溶于甲酸中,置于培养皿中使甲酸自然挥发,制成尼龙6/PE O聚电解质复合材料的薄膜。

采用傅里叶变换红外谱仪室温下进行红外测试,测试波长4000～500cm-1,分辨率为2cm-1。

2　结果与讨论211　复合材料的微观结构 图1是n(M+)/n(E O)对PE O/尼龙复合材料冲击断面的影响。

从图1可以看出,纯PA6样品的冲击断裂面较为平整,无微孔隙,且界面较为模糊;随着M+、E O物质的量比[n(M+)/n(E O)]的增加,部分PE O聚电解质呈球状镶嵌在尼龙6基质中,且微孔隙也越来越多,界面也逐渐清晰。

这表明聚电解质与尼龙6具有一定的相容性,并随着M+、E O 物质的量比的增加逐渐变差;同时在外力冲击下产生的空穴成为应力集中点,对复合材料的冲击强度增加有着重要作用。

a bc de f图1　n(M+)/n(E O)对PE O/尼龙6复合材料冲击断面的影响Fig1SE M micrographs of fracture sur faces of PE O/nylon6com posites n(M+)/n(E O):a-0;b-1/18;c-1/15;d-1/12;e-1/9;f-1/6212　复合材料的电性能图2　n(M+)/n(E O)对PE O聚电解质复合材料电性能的影响Fig2E ffect of M+/E O with different m olar ratio on v olumeresistivity of com posites・51・第33卷第11期老光锐等:尼龙6/PE O聚电解质抗静电复合材料的结构与性能研究 图2为复合材料的体积电阻率随聚电解质中n(M+)/n(E O)的变化(测试条件:室温,相对湿度低于30%)。

从图2可看出,随着聚电解质中n (M+)/n(E O)的增大,复合材料的体积电阻率迅速下降。

当n(M+)/n(E O)为1/6时,体积电阻率下降至109数量级。

这是由于PE O聚电解质分子链中醚氧原子上存在共享电子对,有较强的形成氢键的倾向,可以和多种有机低分子化合物、有机聚合物及某些无机电解质形成缔合络合物;碱金属离子可与共享电子对形成配位并随着聚电解质在尼龙6中的迁移形成导电通路。

碱金属离子含量越高,形成有效导电通路的几率越大,从而使复合材料体积电阻率显著下降。

213　复合材料的力学性能表1　n(M+)/n(E O)对复合材料力学性能的影响T ab1E ffect of M+/E O with different m olar ratio on mechanicalproperties of com positesn(M+)/n(E O)01/181/151/121/91/6拉伸强度/MPa601755216450178441394411744119冲击强度/k J・m-28101613116184141661411813121 表1为尼龙6/PE O聚电解质抗静电复合材料的力学性能。

由表1可以看出,当质量分数为5%的聚电解质与尼龙6熔融共混时,复合材料的拉伸强度随着聚电解质中n(M+)/n(E O)的增大逐渐下降,最大下降幅度为2713%。

当n(M+)/n(E O)达到1/12时,复合材料的拉伸强度趋于稳定。

这表明作为分散相的PE O聚电解质在外力作用下可能诱发银纹和塑性变形,同时PE O聚电解质中的醚氧键或游离的碱金属离子与尼龙6的酰胺键发生相互作用,增大了分子链间的距离,削弱了分子链间的作用力,使得PA6树脂的拉伸强度有所降低[5]。

而复合材料冲击强度随着聚电解质中n(M+)/n(E O)的增大呈现先升后降的趋势,当n(M+)/n(E O)为1/15时,冲击强度达到最大值(16184k J/m2),比纯尼龙6提高了104%。