阻燃抗静电尼龙6中炭黑的选择及处理

oadm阻燃抗静电尼龙6中炭黑的选择及处理

张　芳Ξ　章于川　庄永龙　郑颂先

(安徽大学，合肥230039)

为了赋予尼龙6(PA6)优良的抗静电性，选择了四种结构不同的导电炭黑(CB )进行研究比较，并筛选了合适的表面处理剂对填充CB 进行表面处理。实验结果表明：由TEM 观察到的具有空壳结构的导电CB 较实心结构的导电CB 用量少，导电性能更优良；经表面处理的CB 填充PA6，不仅加工性能得到有效地改善，而且显著地减少了因填充CB 对PA6阻燃及力学性能的不利影响。

关键词：炭黑　表面处理　抗静电剂　尼龙6　阻燃剂

本文在考察CB 微观结构的基础上，研究了具有

不同结构的导电CB 对PA6导电性能的影响，同时，探讨了CB 处理与加工性能的关系，筛选出了用量少而导电性优异的炭黑品种和最佳的炭黑表面处理剂。

1　实验部分

111　实验材料

PA6:M I 17，上海塑料制品十八厂；导电CB :CB 1,CB 2,CB 3,CB 4，进口及国产；溴、氮、锑系阻燃剂：工业

级产品；处理剂：非离子表面活性剂(H K D -151)，乙撑双硬脂酰胺(EBS )，氧化聚乙烯(OPE )，工业级。112　实验仪器设备

BRAB ENDER 流变仪:PL2000型，配双螺杆挤出机，德国；双辊塑炼机:SK -160B ，上海橡胶机械厂；平板硫化机:QLB -320×320×2型，上海橡胶机械厂；超高阻计:ZC43型，上海第六电表厂；透射电镜:TEM -100SX ,J EOL (日本电子)；机械式拉力试验机:LJ -2500N ，承德材料试验机厂。113　工艺过程

11311　CB 处理工艺

(1)直接处理法：处理剂与CB 混合加热至处理剂

熔点之上，搅拌20～30min 。

(2)间接包覆法:PA6与处理剂混合加热至处理剂熔点之上，使处理剂均匀分布于PA6颗粒表面，再加入CB 与二者混合,CB 均匀包覆于树脂颗粒表面。1

1312　“双抗”尼龙6制备过程

11313　透射电镜样品制备

CB 样品制成悬液后，滴于覆有支持膜的铜网上,

主轴加工

经干燥后，进行电镜观察。114　性能测试

阻燃、抗静电性能测试参照M T113-90标准

，力学性能测试参照G

B1040-92，用透射电镜观察炭黑的微观结构。

a 　b

c 　d

图1　不同导电CB 的TEM 照片

Fig 1TEM photographs of different conductive CB

a 2CB 1(5万倍);

新金瓶酶b 2CB 2(10万倍);

第27卷第4期1999年7月塑料工业

CHINA PLASTICS INDUSTR Y Vol 27No 4J uly 1999

Ξ作者简介：张芳，女，副研究员。1982年毕业于天津轻工业学院化工系。现主要从事阻燃、抗静电高分子材料方面的研究工作。已发表论文十余篇。

c2CB3(5万倍);d-CB4(5万倍)

2　结果与讨论

211　CD结构对PA6导电性能的影响

21111　几种导电CB的微观结构

通过TEM考察了四种导电CB的微观结构，见图1。由图1可知,CB1的粒径为20～40nm，炭粒表面不光滑且炭粒内部空隙较多，是典型的空壳结构，而CB2,CB3,CB4相应的粒径为40～50nm,40～60nm,60～70nm，炭粒表面较光滑，尤其是CB4炭粒明显地呈现实心结构。

可以推断:CB1粒径小，呈空壳结构，具有很大的表面积，在相同质量下，空壳结构的炭粒数目较实心炭粒多，相邻CB粒间距较小，使电子易于跃迁，同时在基体树脂中，由碳粒聚集体形成的导电网络也较完整，均匀。故CB1应是极其优异的导电填料。

21112　几种导电CB抗静电性能比较

为了研究CB微观结构的差异在宏观上对PA6抗静电性能的影响，考察了四种导电CB的添加量与PA6表面电阻(R s)的关系，实验结果如图2所示。

图2　不同结构CB的添加量与R s的关系曼越橘

Fig2Contents of CB with different morphology vs R s

由图2可见，当CB加入量很少时,R s下降不明显，一旦CB添加量超过临界值时,PA6制件的R s大幅下

降。四种导电CB达到临界值时添加量是:CB1最少，为4PHR，其次,CB2为6PHR,CB3、CB4均大于10PHR。

由此进一步证明了具有空壳结构的CB，因其比表面积大，虽添加量最小，但与熔融的PA6充分容混后，仍可形成较完整、均匀的导电网络，也由此验证了CB 结构分析中的推断。

212　CB的表面处理对PA6加工性能的影响

21211　处理剂的选择及处理方法的评价

CB处理剂的选择基于两方面：一是其必须能有效地降低CB粒子间摩擦，二是能增加CB与PA间的润湿能力。因此，我们选择了H K D-151、OPE和EBS 为处理剂。分别采用间接包覆法和直接处理法两种工艺，制得的“双抗”PA6材料的均匀性及性能有较大差异，见表1。

表1　两种CB处理方法的比较1)

Tab1Comparison of two treating methods for CB

间接包覆法直接处理法CB与PA6混合后

形态

PA6粒子包覆一层CB

PA6粒子与CB互不

溶合

ΔR

2)/Ω<10102～103

拉伸强度/MPa3931

1)配方:PA6100,CB15，处理剂适量，阻燃体系一定;

2)ΔR s：测试时，一个试样中最大表面电阻值与最小值之差

由表1可见，采用直接处理法，少量的处理剂很难在CB中分散均匀，而且PA6与处理后的CB混合后呈粉、粒分离状态，由于粉、粒密度不同，加料时，粒料易于输送，而粉料架桥，故所制备出的材料性能离散性很大，性能较低。而采用间接包覆法，可使CB均匀地

附着在每一个包覆着处理剂的PA6粒子上，在挤出机内形成很多独立的共混单元。实验表明，采用间接包覆法制得的材料均匀性好，此法简便、有效，生产过程易于实现。

21212　不同处理剂对“双抗”PA6加工性能的影响CB经三种处理剂处理后，与PA6共混挤出，在挤出过程中螺杆扭矩如图3所示。

图3　不同处理剂对螺杆扭矩的影响虚拟房间

Fig3E ffect of different treating agent on screw torque

由图可知，在相同添加量下,CB1经OPE处理后，体系的挤出扭矩最小，熔体粘度最低,EBS次之, H K D151最大。OPE分子量较高,2000～3000,OPE 兼具内、外润滑作用。H K D151的主要成分为非离子表面活性剂，具有亲水，亲油基团，但其碳链较短,CB 间润滑效果不十分明显，故体系的粘度最高，挤出机扭矩最高。EBS是PA6优良的润滑剂，与PA6的相容性很好，当PA6熔融吸收大量的EBS后，削弱了EBS对CB的润滑作用，故导致挤出扭矩较高。

21213　不同处理剂对“双抗”PA6性能的影响由于处理剂是低分子有机物，用量过大，将对PA6

・

・塑　料　工　业1999年

的阻燃性能产生影响，尤其会使材料的有焰燃烧时间

延长，见图4，处理剂用量过少，加工设备会因承受巨大的负荷而损坏，实验结果表明，一般处理剂的用量为2～3PHR 较为适宜

。

图4　CB 处理剂添加量对体系阻燃性能的影响

Fig 4E ffect of CB content on flame retardance of blend

采用不同的CB 处理剂，对“双抗”PA6的性能影

响也有较大差异，如表2所示。

表2　不同处理剂对材料性能的影响1)

Tab 2E ffect of different treating agent on blend property

HKD -151

OPE EBS 表面电阻R s /Ω

2×108

2×107

4×108

空气热源泵有焰燃烧时间t 1/s 007拉伸强度/MPa

1)配方:PA6100,CB 15，处理剂3，阻燃体系一定

由表2可以看出，采用OPE 处理CB ,“双抗”PA6

的综合性能最佳。

3　结论

11空壳结构的导电CB 形成导电网络的临界添加

量最小，添加量为5～6PHR ，即可使R s <108Ω。

21选用OPE 作为CB 的处理剂，采用间接包覆法

处理工艺可极大地改善体系的加工性能，并可减小CB 的加入对材料力学性能的影响。

参考文献

1　朱敏1橡胶化学与物理1北京：化学出版社,1984.293

(本文于1999-03-22收到)

Selection and T reatment of C arbon B lack for Flame R etardant and Antistatic PA 6

Zhang Fang 　Zhang Yuchuan 　Zhuang Y onglong 　Zheng Songxian

(Anhui University )

Abstracts

To make PA6good antistatic PA ,4types of conductive carbon (CB )were studied by means of TEM ,and 3kinds of surface treatment agents were selected for the treatment of CB.The results of TEM showed the CB of hollow shell morphology possessed excellent electroconductivity ,compared to soli

d CB ,the loading of hollow one was lower.The filling of PA6with surface treated CB could not only improve the processability of PA6,but also decreased the harmful effect of CB on the flame retardance and mechanical properties of PA6.

K eyw ords :Carbon Black 　Surface Treatment 　Antistatic Agent 　PA6 Flame Retardant

・

14・第27卷第4期张　芳等：阻燃抗静电尼龙6中炭黑的选择及处理

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