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共聚酰胺对聚甲醛性能的影响研究

文档作者：张丽娟丁雪佳吉才宏韩海军张德强袁园褚文娟文档来源：北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室		点击数：	更新时间： 2022年02月14日
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张丽娟，等：共聚酰胺对聚甲醛性能的影响研究 21
共聚酰胺对聚甲醛性能的影响研究术
张丽娟丁雪佳吉才宏韩海军张德强袁园褚文娟
(北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室，北京化工大学，北京100029)
摘要采用双螺杆挤出机将共聚酰胺(COPA)与聚甲醛(POM)熔融共混，考察了COPA对POM结晶形态、相态
结构、力学性能及动态流变性能的影响。结果表明，COPA的加入使POM的球晶细化，大大提高了POM的强度和韧
性；"-3 COPA的质量份数为10份时，共混物的拉伸强度和缺口冲击强度均比纯POM 大幅度提高。共混物在低频区
表现为典型的非牛顿流体行为，出现强烈的剪切变稀现象；复数粘度在低频区随着COPA含量的增加而提高。
关键词聚甲醛共聚酰胺共混改性
聚甲醛(POM)是高结晶线性热塑性聚合物，具
有独特的力学性能、优异的耐磨自润滑性、耐油性、
耐化学药品性、抗蠕变性及良好的热、电性能，吸水
率低，在较大的温度范围内能够保持其力学、化学性
能和电性能，是一种综合性能优良的工程塑料，被广
泛用于汽车、电子、电气、家用电器、精密机械和建筑
材料等行业 ]。但由于其抗冲击强度欠佳、缺口敏
感性大、低温脆性等限制了其应用领域。为了满足
某些制品对性能提出的较高要求，必须对POM进行
改性，通常采用的方法是共混工艺或成核技术。大
量试验证明，通过共混技术对POM进行增韧改性是
一种既经济又有效的改性方法，而且易于实现工业
化生产。
国内关于共聚酰胺(COPA)改性POM 的研究
中，COPA多用于改性POM的热稳定性及其缺口冲
击性能，但不能同时保证其强度。笔者针对COPA
对POM的结晶成核作用，使POM／COPA共混物韧
性提高的同时，其强度也有较大提高。并对POM／
COPA共混物的结构与性能进行研究，有利于材料
的结构设计与性能优化 2 J。
1 实验部分
1．1 原材料
POM：M90，粒料，云南云天化股份有限责任公
司；
COPA：尼龙6／尼龙66／尼龙1010，熔点160～
180℃ ，市售。
1．2 主要设备、仪器
双螺杆挤出机：ZSK一25WLE型，德国wP公
司；
注塑机：JPH10型，广东泓利机器有限公司；
电子万能材料试验机：LR30K型，英国AME—
TEK有限公司；
冲击试验机：Resil P／N 6957．000型，意大利
CEAST公司；
偏光显微镜：SM —LUX—POL型，德国LEITZ
公司；
扫描电子显微镜(SEM)：H一800型，日本日立
公司；
扩展流变仪：ARES型，美国TA公司。
1．3 试样制备
将POM、COPA在80℃下干燥3 h，按照不同配
比混合均匀，在双螺杆挤出机中挤出造粒制备
POM／COPA共混物，挤出机料筒温度为170—
180％ ，螺杆转速为100 r／min，共混物于90％ 干燥3
h。最后注射成标准试样，注射温度为190~C。
1．4 性能测试
偏光显微镜分析：将试样置于载玻片上，在
180~C的热台上熔融，加盖玻片并施加一定的压力使
熔体完全展开，缓慢冷却至室温后观察球晶大小，放
大倍数为250倍 ；
SEM分析：将试样在液氮中脆断，表面喷金后，
观察共混物的断面形貌和相结构；
拉伸强度按ISO 527／1—1993测试；
缺口冲击强度按ISO 179—1993测试；
动态流变测试：测试方式为平行板，频率范围
0．1～100 rad／s，测试温度180oC，应变5％ 。
2 结果与讨论
2．1 POM／COPA共混物的结晶形态
POM的分子链结构简单、规整、结晶速度快、洁
净度高。因此，在结晶性聚合物中，POM是最易受
结晶形态影响的聚合物之一。在熔融加工过程中，
科技部科技人员服务企业行动项目(2009GJA1004508)
收稿日期：2010—04-22
22 工程塑料应用 2010年，第38卷，第6期
OM分子链规整、无分枝、柔顺性好，很容易形成大
晶 。纯POM晶体结构为大的放射状球晶，这些
球晶存在于POM制品中，尤其存在于缺口附近的
晶成为制品受力时的应力集中点，导致缺口冲击
最度较低 。图1为纯POM及POM／COPA共混物
9偏光显微镜照片。
一一
(b)
一
(C)
a一纯POM；b～ 100／5；c— loo／20
1 纯POM及POM／COPA共混物的偏光显微镜照片(×250)
由图1可知，COPA的加入使POM球晶尺寸明
．变小，球晶细化，数目明显增多。晶核密度大大增
，但当COPA含量较高时球晶变得十分细小。同
POM与COPA之间的氢键相互作用，干扰了POM
子链的运动，使POM分子链进入晶格时受到一定
阻碍，从而减少了球晶的尺寸，POM分子链或链
运动性降低，体现出其高分子成核剂的作用 。
2 POM／COPA的SEM观察
图2为纯POM及POM／COPA共混物断面形态
SEM照片。由图2可知，纯POM表面为脆性断
，其断裂过程是突发性的，断裂表面非常光滑；而
PM／COPA共混物则转变成韧性断裂，共混物体系
破坏时呈现剪切屈服的现象。这表明试样受到冲
载荷时，能吸收更多的能量，从而提高材料的冲击
度。
■ 一
(a) (b)
a——P0M：b——POM／C0PA
图2 纯POM及POM／COPA共混物断面形态的SEM照片
图3为不同配比的POM／COPA共混物的SEM
照片。由图3可知，POM／COPA共混物熔体容易混
合，没有明显的分层现象，显示出较好的工艺相容
性，因而COPA可在POM基体中形成良好的分散。
随着COPA质量份数的增加，两相的界面粘结力增
强，这是由于COPA中的端氨基与在POM分子中
的一0一结合，两组分在熔融共混过程中形成了氢
键，从而降低了界面张力，提高了界面结合力，能够
更好地传递和分散能量。
一一
(b)
一一
(C) (d)
POM与COPA的质量比为：a一100／5；
b一1O0／10：c— loo／15：d一100／2O
图3 POM／COPA共混物的SEM照片
2．3 POM／COPA共混物的力学性能
图4为POM／COPA共混物的力学性能曲线。
从图4可以看出，随着COPA用量的增加，共混物的
拉伸强度呈先增大后减小趋势。当COPA的质量份
数达到15份时，拉伸强度比纯POM提高了22％ ，
继续增加COPA的用量，共混物的拉伸强度反而下
降。POM／COPA共混物的缺口冲击强度在COPA
用量较小时变化不大，当COPA的质量份数为l0份
时，比纯POM的缺口冲击强度提高了12％，但当
COPA的用量进一步增加时，共混物的缺口冲击性
能急剧下降。这是由于COPA能发生自身结晶而导
致相分离所致。
2．4 POM／COPA共混物的流变性能
图5是不同配比的POM／COPA共混物的复数
粘度(7／ )与频率(09)的关系图。由图5可以看出，
纯POM和不同配比的POM／COPA共混物均表现为
非牛顿流体行为，出现强烈的剪切变稀现象，称为流
变渗流理论 。在低频区，纯POM和COPA的质量
份数为5份的共混物的卵 变化较小，随着COPA用
张丽娟，等：共聚酰胺对聚甲醛性能的影响研究 23
皇
＼
憩
世
担
鲁
●
＼
爆
柑
量
口
塔
COPA用量／份
(a)
COPA用量／份
(b)
a一拉伸强度；b一缺口冲击强度
图4 POM／COPA共混物力学性能曲线
0．1 1 10 lO0
m／rad ‘s一
POM与COPA的质量比为：1—100／25；2一loo／2O；
3— 10o／15；4— 1o0／10；5— 10o／5；6一纯POM
图5 POM／COPA共混物的复数粘度与频率的关系图
量增加，77 值增大，并且随 的减小而逐渐增加，不
显示牛顿平台，低频区的斜率也随COPA用量增加
而增大，这是因为在其反应相容的共混物中存在一
个屈服应力造成的 J。
3 结论
(1)COPA的加入使得POM／COPA共混物的球
晶细化。POM／COPA共混物由脆性断裂向韧性断
裂转变，此外，由于氢键的相互作用使得P0M／
COPA共混物的相容性很好。
(2)随着COPA用量的增加，拉伸强度和缺口
冲击强度先增大后减小。当COPA的质量份数为
l5份时，POM／COPA共混物的拉伸强度与纯P0M
相比提高了22％ ；而当COPA的质量份数为10份
时POM／COPA共混物的力学性能较理想，缺口冲击
强度提高了12％ 。
(3)POM／cOPA共混物属于假塑性流体，出现
强烈的剪切变稀现象。复数粘度在低频区随着
COPA用量的增加而增大。
参考文献
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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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