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共聚酰胺對聚甲醛性能的影響研究

文檔作者：張麗娟丁雪佳吉才宏韓海軍張德強(qiáng) 袁園褚文娟文檔來源：北京市新型高分子材料制備與加工重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月14日
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張麗娟，等：共聚酰胺對聚甲醛性能的影響研究 21
共聚酰胺對聚甲醛性能的影響研究術(shù)
張麗娟丁雪佳吉才宏韓海軍張德強(qiáng)袁園褚文娟
(北京市新型高分子材料制備與加工重點實驗室，北京化工大學(xué)，北京100029)
摘要采用雙螺桿擠出機(jī)將共聚酰胺(COPA)與聚甲醛(POM)熔融共混，考察了COPA對POM結(jié)晶形態(tài)、相態(tài)
結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及動態(tài)流變性能的影響。結(jié)果表明，COPA的加入使POM的球晶細(xì)化，大大提高了POM的強(qiáng)度和韌
性；"-3 COPA的質(zhì)量份數(shù)為10份時，共混物的拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度均比純POM 大幅度提高。共混物在低頻區(qū)
表現(xiàn)為典型的非牛頓流體行為，出現(xiàn)強(qiáng)烈的剪切變稀現(xiàn)象；復(fù)數(shù)粘度在低頻區(qū)隨著COPA含量的增加而提高。
關(guān)鍵詞聚甲醛共聚酰胺共混改性
聚甲醛(POM)是高結(jié)晶線性熱塑性聚合物，具
有獨特的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐磨自潤滑性、耐油性、
耐化學(xué)藥品性、抗蠕變性及良好的熱、電性能，吸水
率低，在較大的溫度范圍內(nèi)能夠保持其力學(xué)、化學(xué)性
能和電性能，是一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料，被廣
泛用于汽車、電子、電氣、家用電器、精密機(jī)械和建筑
材料等行業(yè) ]。但由于其抗沖擊強(qiáng)度欠佳、缺口敏
感性大、低溫脆性等限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。為了滿足
某些制品對性能提出的較高要求，必須對POM進(jìn)行
改性，通常采用的方法是共混工藝或成核技術(shù)。大
量試驗證明，通過共混技術(shù)對POM進(jìn)行增韌改性是
一種既經(jīng)濟(jì)又有效的改性方法，而且易于實現(xiàn)工業(yè)
化生產(chǎn)。
國內(nèi)關(guān)于共聚酰胺(COPA)改性POM 的研究
中，COPA多用于改性POM的熱穩(wěn)定性及其缺口沖
擊性能，但不能同時保證其強(qiáng)度。筆者針對COPA
對POM的結(jié)晶成核作用，使POM／COPA共混物韌
性提高的同時，其強(qiáng)度也有較大提高。并對POM／
COPA共混物的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行研究，有利于材料
的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能優(yōu)化 2 J。
1 實驗部分
1．1 原材料
POM：M90，粒料，云南云天化股份有限責(zé)任公
司；
COPA：尼龍6／尼龍66／尼龍1010，熔點160～
180℃ ，市售。
1．2 主要設(shè)備、儀器
雙螺桿擠出機(jī)：ZSK一25WLE型，德國wP公
司；
注塑機(jī)：JPH10型，廣東泓利機(jī)器有限公司；
電子萬能材料試驗機(jī)：LR30K型，英國AME—
TEK有限公司；
沖擊試驗機(jī)：Resil P／N 6957．000型，意大利
CEAST公司；
偏光顯微鏡：SM —LUX—POL型，德國LEITZ
公司；
掃描電子顯微鏡(SEM)：H一800型，日本日立
公司；
擴(kuò)展流變儀：ARES型，美國TA公司。
1．3 試樣制備
將POM、COPA在80℃下干燥3 h，按照不同配
比混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒制備
POM／COPA共混物，擠出機(jī)料筒溫度為170—
180％ ，螺桿轉(zhuǎn)速為100 r／min，共混物于90％ 干燥3
h。最后注射成標(biāo)準(zhǔn)試樣，注射溫度為190~C。
1．4 性能測試
偏光顯微鏡分析：將試樣置于載玻片上，在
180~C的熱臺上熔融，加蓋玻片并施加一定的壓力使
熔體完全展開，緩慢冷卻至室溫后觀察球晶大小，放
大倍數(shù)為250倍 ；
SEM分析：將試樣在液氮中脆斷，表面噴金后，
觀察共混物的斷面形貌和相結(jié)構(gòu)；
拉伸強(qiáng)度按ISO 527／1—1993測試；
缺口沖擊強(qiáng)度按ISO 179—1993測試；
動態(tài)流變測試：測試方式為平行板，頻率范圍
0．1～100 rad／s，測試溫度180oC，應(yīng)變5％ 。
2 結(jié)果與討論
2．1 POM／COPA共混物的結(jié)晶形態(tài)
POM的分子鏈結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)整、結(jié)晶速度快、潔
凈度高。因此，在結(jié)晶性聚合物中，POM是最易受
結(jié)晶形態(tài)影響的聚合物之一。在熔融加工過程中，
科技部科技人員服務(wù)企業(yè)行動項目(2009GJA1004508)
收稿日期：2010—04-22
22 工程塑料應(yīng)用 2010年，第38卷，第6期
OM分子鏈規(guī)整、無分枝、柔順性好，很容易形成大
晶 。純POM晶體結(jié)構(gòu)為大的放射狀球晶，這些
球晶存在于POM制品中，尤其存在于缺口附近的
晶成為制品受力時的應(yīng)力集中點，導(dǎo)致缺口沖擊
最度較低 。圖1為純POM及POM／COPA共混物
9偏光顯微鏡照片。
一一
(b)
一
(C)
a一純POM；b～ 100／5；c— loo／20
1 純POM及POM／COPA共混物的偏光顯微鏡照片(×250)
由圖1可知，COPA的加入使POM球晶尺寸明
．變小，球晶細(xì)化，數(shù)目明顯增多。晶核密度大大增
，但當(dāng)COPA含量較高時球晶變得十分細(xì)小。同
POM與COPA之間的氫鍵相互作用，干擾了POM
子鏈的運動，使POM分子鏈進(jìn)入晶格時受到一定
阻礙，從而減少了球晶的尺寸，POM分子鏈或鏈
運動性降低，體現(xiàn)出其高分子成核劑的作用 。
2 POM／COPA的SEM觀察
圖2為純POM及POM／COPA共混物斷面形態(tài)
SEM照片。由圖2可知，純POM表面為脆性斷
，其斷裂過程是突發(fā)性的，斷裂表面非常光滑；而
PM／COPA共混物則轉(zhuǎn)變成韌性斷裂，共混物體系
破壞時呈現(xiàn)剪切屈服的現(xiàn)象。這表明試樣受到?jīng)_
載荷時，能吸收更多的能量，從而提高材料的沖擊
度。
■ 一
(a) (b)
a——P0M：b——POM／C0PA
圖2 純POM及POM／COPA共混物斷面形態(tài)的SEM照片
圖3為不同配比的POM／COPA共混物的SEM
照片。由圖3可知，POM／COPA共混物熔體容易混
合，沒有明顯的分層現(xiàn)象，顯示出較好的工藝相容
性，因而COPA可在POM基體中形成良好的分散。
隨著COPA質(zhì)量份數(shù)的增加，兩相的界面粘結(jié)力增
強(qiáng)，這是由于COPA中的端氨基與在POM分子中
的一0一結(jié)合，兩組分在熔融共混過程中形成了氫
鍵，從而降低了界面張力，提高了界面結(jié)合力，能夠
更好地傳遞和分散能量。
一一
(b)
一一
(C) (d)
POM與COPA的質(zhì)量比為：a一100／5；
b一1O0／10：c— loo／15：d一100／2O
圖3 POM／COPA共混物的SEM照片
2．3 POM／COPA共混物的力學(xué)性能
圖4為POM／COPA共混物的力學(xué)性能曲線。
從圖4可以看出，隨著COPA用量的增加，共混物的
拉伸強(qiáng)度呈先增大后減小趨勢。當(dāng)COPA的質(zhì)量份
數(shù)達(dá)到15份時，拉伸強(qiáng)度比純POM提高了22％ ，
繼續(xù)增加COPA的用量，共混物的拉伸強(qiáng)度反而下
降。POM／COPA共混物的缺口沖擊強(qiáng)度在COPA
用量較小時變化不大，當(dāng)COPA的質(zhì)量份數(shù)為l0份
時，比純POM的缺口沖擊強(qiáng)度提高了12％，但當(dāng)
COPA的用量進(jìn)一步增加時，共混物的缺口沖擊性
能急劇下降。這是由于COPA能發(fā)生自身結(jié)晶而導(dǎo)
致相分離所致。
2．4 POM／COPA共混物的流變性能
圖5是不同配比的POM／COPA共混物的復(fù)數(shù)
粘度(7／ )與頻率(09)的關(guān)系圖。由圖5可以看出，
純POM和不同配比的POM／COPA共混物均表現(xiàn)為
非牛頓流體行為，出現(xiàn)強(qiáng)烈的剪切變稀現(xiàn)象，稱為流
變滲流理論 。在低頻區(qū)，純POM和COPA的質(zhì)量
份數(shù)為5份的共混物的卵 變化較小，隨著COPA用
張麗娟，等：共聚酰胺對聚甲醛性能的影響研究 23
皇
＼
憩
世
擔(dān)
魯
●
＼
爆
柑
量
口
塔
COPA用量／份
(a)
COPA用量／份
(b)
a一拉伸強(qiáng)度；b一缺口沖擊強(qiáng)度
圖4 POM／COPA共混物力學(xué)性能曲線
0．1 1 10 lO0
m／rad ‘s一
POM與COPA的質(zhì)量比為：1—100／25；2一loo／2O；
3— 10o／15；4— 1o0／10；5— 10o／5；6一純POM
圖5 POM／COPA共混物的復(fù)數(shù)粘度與頻率的關(guān)系圖
量增加，77 值增大，并且隨 的減小而逐漸增加，不
顯示牛頓平臺，低頻區(qū)的斜率也隨COPA用量增加
而增大，這是因為在其反應(yīng)相容的共混物中存在一
個屈服應(yīng)力造成的 J。
3 結(jié)論
(1)COPA的加入使得POM／COPA共混物的球
晶細(xì)化。POM／COPA共混物由脆性斷裂向韌性斷
裂轉(zhuǎn)變，此外，由于氫鍵的相互作用使得P0M／
COPA共混物的相容性很好。
(2)隨著COPA用量的增加，拉伸強(qiáng)度和缺口
沖擊強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)COPA的質(zhì)量份數(shù)為
l5份時，POM／COPA共混物的拉伸強(qiáng)度與純P0M
相比提高了22％ ；而當(dāng)COPA的質(zhì)量份數(shù)為10份
時POM／COPA共混物的力學(xué)性能較理想，缺口沖擊
強(qiáng)度提高了12％ 。
(3)POM／cOPA共混物屬于假塑性流體，出現(xiàn)
強(qiáng)烈的剪切變稀現(xiàn)象。復(fù)數(shù)粘度在低頻區(qū)隨著
COPA用量的增加而增大。
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STUDY oN THE EFFECTS oF CoPoLYAM II)E oN THE PRoPERTIES oF
PoLYoXYM ETHYLENE
Zhang Lijuan，Ding Xuejia，Ji Caihong，Han HaOun，Zhang Deqiang，Yuan Yuan，Chu Wenjuan
(The Key Laboratory of Preparation and Processing of Novel of Beijing City，
Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China)
ABSTRACT By melting CO—mixing copolyamide(COPA)and po1yosymethylene in twin—screw extruder，the efects of COPA on
the crystalline morphology，phase morphology，mechanical performance and dynamic rheological vehavior of POM were investigated．
The result indicated that，the addition of COPA made the crystal grain more fine，it increased the strength and toughness greatly．When
the mass fraction of the COPA was 10，The tensile strength and izod impact s~ength were increased greatly．Dynamic rheological results
showed that the blends was a typical non—newtonian fluid behavior at low~equency．It appeared strong shear thinning phenomenon．The
complex viscosity increased with increasing content of COPA．
KEYW ORDS po1yoxymethylene，copolyamide，CO—mixing method，modification

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