共混顺序对石墨烯微片在PP/PA6/SEBS共混物中的选择性分布和迁移的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.01.006

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (1): 31-36.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.01.006

共混顺序对石墨烯微片在PP/PA6/SEBS共混物中的选择性分布和迁移的影响

陈逸镕, 赖金娣, 莫艺桦, 邓井溢, 徐子威, 张婧婧()

广东工业大学材料与能源学院，广州 510006

收稿日期:2020-06-11 出版日期:2021-01-26 发布日期:2021-01-22

Effect of Blending Sequence on Selective Distribution and Migration of Graphene Nanoplatelets in PP/PA6/SEBS Blends

CHEN Yirong, LAI Jindi, MO Yihua, DENG Jingyi, XU Ziwei, ZHANG Jingjing()

School of Materials and Energy，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China

Received:2020-06-11 Online:2021-01-26 Published:2021-01-22
Contact: ZHANG Jingjing E-mail:zhangjj@gdut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

研究了聚丙烯（PP）/聚酰胺6（PA6）/氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）/石墨烯微片（GNPs）纳米复合材料在不同共混顺序下的微观形貌、导电及导热性能，分析了GNPs在复合体系中的选择性分布和迁移及其对复合材料性能的影响。结果表明，在PP/PA6/SEBS/GNPs共混体系中，GNPs在界面张力的作用下趋向于分布在PA6中；当GNPs先加入PP中复合，再与PA6共混时，GNPs从PP相向界面处迁移，有利于GNPs在界面上搭建较多的导热网络，从而提高复合材料的导热性能；GNPs的含量为7 %时，其热导率最高可达0.83 W/（m·K）；SEBS的加入改善了PP和PA6之间的相容性，消除了两相间部分界面空隙。

关键词: 石墨烯微片, 共混顺序, 选择性分布, 导热性能

Abstract:

In this work， the morphology， and electrical and thermal conductivities of polypropylene （PP）/polyamide 6 （PA6）/styrene?ethylene?butylene?styrene copolymer （SEBS）/graphene nanoplatelets （GNPs） nanocomposites were investigated in terms of different blending sequences. The selective distribution and migration of GNPs in the matrix and their effects on the properties of nanocomposites were analyzed. The results indicated that in PP/PA6/SEBS/GNPs blending system， GNPs were more easily distributed in the PA6 phrase during the melt mixing process regulated by thermodynamic factors. When GNPs were added into PP at first and then blended with PA6， GNPs migrated from the PP phrase to the interface of co?continuous PP/PA6 blending domain. This facilitated the construction of thermal conductive paths at the blend interface， resulting in an enhancement in thermal conductivity of the nanocomposites. As a result， the nanocomposites achieved a thermal conductivity of 0.83 W/（m·K） with the addition of 7 wt % GNPs. Moreover， the addition of SEBS improved the interfacial compatibility between the PP and PA6 phrases and therefore eliminated the surface gaps between the two phrases.

Key words: graphene nanoplatelet, blending sequence, selective distribution, thermal conductivity

中图分类号:

TQ 325.1⁺4

陈逸镕, 赖金娣, 莫艺桦, 邓井溢, 徐子威, 张婧婧. 共混顺序对石墨烯微片在PP/PA6/SEBS共混物中的选择性分布和迁移的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(1): 31-36.

CHEN Yirong, LAI Jindi, MO Yihua, DENG Jingyi, XU Ziwei, ZHANG Jingjing. Effect of Blending Sequence on Selective Distribution and Migration of Graphene Nanoplatelets in PP/PA6/SEBS Blends[J]. China Plastics, 2021, 35(1): 31-36.

图/表 10

预混物名称	PP含量/%	SEBS含量/%	GNPs含量/%
PG?1	43.75	0	7
PG?2	46.00	0	7
SG	0.00	4.5	7

表1 预混配方表

Tab.1 Formulas of the premixes

样品名称	PP 含量/%	PA6 含量/%	GNPs 含量/%	SEBS 含量/%	润滑剂含量/%
GNP/PP/PA6	46.00	46.00	7	0	1
PG?1/PA6	46.00	46.00	7	0	1
SG/PP/PA6	43.75	43.75	7	4.5	1
PG?2/SEBS/PA6	43.75	43.75	7	4.5	1

表2 样品配方表

Tab.2 Formulas of the samples

剪切速率/s^-1	PP剪切黏度/Pa?s	PA6剪切黏度/Pa?s
150	423.3	233.2
210	348.7	222.6
350	255.9	207.1
600	185.0	181.4

表3 不同剪切速率下聚合物的黏度值

Tab.3 The viscosity of polymers at different shear rates

图1 240 ℃下PP、PA6的剪切速率与剪切黏度之间的关系

Fig.1 Relationship between shear rate and shear viscosity of PP and PA6 at 240 ℃

项目	表面能/ $? m J ? m - 2$
项目	$γ l v$	$γ l v d$	$γ l v p$
水	72.8	21.8	51.0
二碘甲烷	50.8	48.5	2.3

项目	表面能/ $? m J ? m - 2$
项目	$γ l v$	$γ l v d$	$γ l v p$
水	72.8	21.8	51.0
二碘甲烷	50.8	48.5	2.3

表4 水和二碘甲烷的表面能参数

Tab.4 Surface energy parameters of water and diiodomethane

表4 水和二碘甲烷的表面能参数

Tab.4 Surface energy parameters of water and diiodomethane

样品	20 ℃接触角/（°）		界面张力/ $m J ? m - 2$
	水	二碘甲烷	20 ℃			240 ℃
	水	二碘甲烷	$γ$	$γ d$	$γ p$	$γ$	$γ d$	$γ p$
GNPs	101.3	37.4	42.26	42.21	0.04	29.06	29.01	0.04
PP	77.0	52.7	35.07	27.0	8.07	21.87	13.8	8.07
PA6	86.4	48.3	35.24	32.38	2.86	22.04	19.18	2.86
SEBS	93.8	63.4	26.81	24.50	2.31	13.61	11.3	2.31

样品	20 ℃接触角/（°）		界面张力/ $m J ? m - 2$
	水	二碘甲烷	20 ℃			240 ℃
	水	二碘甲烷	$γ$	$γ d$	$γ p$	$γ$	$γ d$	$γ p$
GNPs	101.3	37.4	42.26	42.21	0.04	29.06	29.01	0.04
PP	77.0	52.7	35.07	27.0	8.07	21.87	13.8	8.07
PA6	86.4	48.3	35.24	32.38	2.86	22.04	19.18	2.86
SEBS	93.8	63.4	26.81	24.50	2.31	13.61	11.3	2.31

表5 高聚物和填料的界面张力

Tab.5 Surface tension between polymers and fillers

表5 高聚物和填料的界面张力

Tab.5 Surface tension between polymers and fillers

图2 4种共混顺序下PP/PA6/SEBS/GNPs纳米复合材料的FESEM照片

Fig.2 FESEM of PP/PA6/SEBS/GNPs nanocomposites in four kinds of blending orders

图3 4种共混顺序下PP/PA6/SEBS/GNPs纳米复合材料刻蚀后的FESEM照片

Fig.3 FESEM of etching PP/PA6/SEBS/GNPs nanocomposites in four kinds of blending orders

图4 4种共混顺序PP/PA6/SEBS/GNPs纳米复合材料的电导率和热导率

Fig.4 Electrical conductivity and thermal conductivity of PP/PA6/SEBS/GNPs nanocomposites in four kinds of blending orders

图5 4种共混顺序下PP/PA6/SEBS/GNPs纳米复合材料微观形貌示意图

Fig.5 Microscopic morphology of PP/PA6/SEBS/GNPs nanocomposites in four kinds of blending orders

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共混顺序对石墨烯微片在PP/PA6/SEBS共混物中的选择性分布和迁移的影响

Effect of Blending Sequence on Selective Distribution and Migration of Graphene Nanoplatelets in PP/PA6/SEBS Blends

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