楊曉冬，Ricardo-Luiz Willemann，王依民，范 珩

(1.贏創(chuàng)特種化學(上海)有限公司，上海 201108;2.東華大學，上海 201620)

磁性聚合物是指在聚合物中添加磁粉及其他助劑，均勻混合后加工而成的一種功能性復合材料。磁性聚合物具有磁性和良好的加工性能，因而在許多領域有廣泛的應用，如醫(yī)學診斷學領域、吸波材料、光纖傳感技術、光導功能材料、磁分離技術等方面［1－2］。

鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物，最常用的有Ba鐵氧體和Sr鐵氧體，它們具有良好的化學穩(wěn)定性，密度小，磁特性適當。以鐵氧體為填料，應用于聚合物中，可制成磁性聚合物［3－4］。

PA12的學名為聚十二內酰胺，又稱尼龍12，聚合原料為丁二烯。PA12具有較好的電氣絕緣性、不會因潮濕影響絕緣性能，同時具有較好的抗沖擊性、化學穩(wěn)定性?？捎糜谒勘恚娎|套，機械凸輪，滑動機構，光伏背板以及軸承等［5－6］。

研究將鐵氧體與PA12經(jīng)過雙螺桿擠出機，以不同比例進行共混，研究不同比例的磁性填料對共混物機械性能和磁性能的變化。

1 實驗部分

1.1 原料

鍶鐵氧體，分子式為 SrFe12O19，Tridelta GmbH公司生產(chǎn)。表1中列出了此磁性填料的主要化學性能、物理性能和磁性特性。

PA12，EMS Chemie AG公司生產(chǎn)，牌號為Grilamid L 16LM，材料基本性能見表2。

1.2 試驗儀器

雙螺桿擠出機，螺桿直徑34 mm，L/D為30。

注塑機，Arburg公司的270C型，螺桿直徑25 mm，L/D 為20。

表1 鐵氧體磁性填料的基本參數(shù)

表2 P A12的基本性能

1.3 性能測試

DSC分析:采用TA公司的DSC Q2000型，升溫速率為10℃/min。

拉伸應力與應變:采用Zwick公司的萬能材料試驗機Zwick Z050。測量拉伸強度和斷裂伸長率的速度為10 mm/min，測量模量的速度為1 mm/min。

沖擊性能:采用 Zwick公司的 Zwick HIT5.5P型擺錘式?jīng)_擊試驗機。

DMTA測試:采用Rheometric Scientific公司生產(chǎn)的DTMA Mark IV儀器，使用三點彎曲的測試方式，頻率為1 Hz，加熱速率為2℃/min。

磁場強度:采用Projekt Elektronik GmbH公司的數(shù)字式特斯拉計，外加磁場強度為1 000 mT。

1.4 樣品制備

干燥:將聚合物PA12于60℃干燥10 h，然后升溫至80℃干燥2～3 h，最后升溫至140℃干燥2 h，去除水分。

共混:雙螺桿進料口配置兩臺計量稱，分別稱量PA12和鐵氧體，同時從進料口投入，制備填料體積比從0.2 至0.55(質量比1.02 至2.82)的磁性聚合物。雙螺桿擠出機每根螺桿均配備了一個長度為7.5 mm的捏合區(qū)，以便在共混過程中提高共混效率。第一段為60℃，第二段為150℃，其余各段均為240℃。機頭為直徑3 mm的單孔。水冷條件為室溫冷卻水，切粒長度3 mm。表3為共混的主要參數(shù)。

表3 材料的共混參數(shù)

測試樣條的注塑溫度為250℃，模溫為60℃。樣品注塑前在80℃下干燥16 h。

2 結果與討論

2.1 DSC 測試

圖1和圖2為共混物的DSC結果。共混物在173℃時均出現(xiàn)一個小峰，因為鐵氧體的添加，對鏈段的結晶起了阻礙作用，影響了聚合物的結晶。共混物的熔化行為與純PA12相似，熔點均在180℃附近，結晶溫度均在154℃，說明填料量對共混物的熔點和結晶溫度未產(chǎn)生明顯影響。

圖1 不同填料濃度對共混物熔融行為的影響

2.2 拉伸應力與應變

圖3和圖4為不同填料濃度和測試溫度下共混物的機械性能。

常溫測試時，隨著磁性填料濃度的增加，模量增加，從1 000 MPa增加到9 000 MPa，這是因為填料的剛性較大，增加了共聚物的剛性，使模量增加;同時斷裂伸長率逐漸降低，從15%降低到5%。

相同填料比下，測試溫度越低，模量越低;而隨著測試溫度的降低，斷裂伸長率變高。在高溫時，最高可以達到大約33%。這是因為溫度越高，分子鏈越容易運動，所以伸長率較高;而在低溫下，運動則相對困難，所以模量較高。

圖2 不同填料濃度對共混物結晶性的影響

圖3 不同填料濃度與測試溫度對共混物拉伸模量的影響

圖4 不同填料濃度與測試溫度對共混物斷裂伸長率的影響

2.3 沖擊性能

圖5為不同填料濃度和測試溫度對共混物沖擊強度的影響。值得注意的是，在填料體積比為0.3和0.4 時(質量比為1.54 和2.05)，PA12 的玻璃化轉變溫度所帶來的影響。在稍高于玻璃化溫度時，沖擊強度相對較高，可達到90 kJ/m2，因為分子鏈較易運動。在填料體積比為0.3時(質量比為1.54)，所得到的沖擊性能相對較好，此時聚合物所占的比例相對較大。

圖5 不同填料濃度與測試溫度對共混物沖擊強度的影響

2.4 DMTA 測試

圖6和7為不同填料濃度下，儲能模量和損耗模量的變化趨勢。隨著填料濃度的增加，儲能模量和損耗模量都同時增加。對于玻璃化轉變溫度來說沒有明顯的改變。

圖6 不同填料濃度與測試溫度對共混物儲能模量的影響

2.5 磁場強度

圖8為不同填料濃度下，磁場強度的變化趨勢。

當填料體積比小于0.55時(質量比2.82)，磁場強度隨著填料的增加而增加。這可能是由于填料體積比相對較少時，在外加磁場下，有足夠的空間使鐵氧體進行重排。而當填料體積比大于0.55(質量比2.82)時，磁場強度顯示出平緩的趨勢。這可能是由于填料體積比增大，從而較少了鐵氧體重排的空間。

圖7 不同填料濃度與測試溫度對共混物損耗模量的影響

圖8 不同填料濃度對共混物磁場強度的影響

3 結論

a)隨著填料量的變化，共混物的結晶溫度和熔點并無明顯的變化。

b)隨著填料量的增加，共混物的拉伸模量增加，常溫時，從1 000 MPa增加到9 000 MPa。

c)隨著填料量的增加，儲能模量和損耗模量均逐漸增加。

d)隨著填料量的增加，斷裂伸長率和沖擊強度均逐漸減小。在填料體積比為0.3時(質量比為1.54)，所得到的沖擊性能相對較好;在高溫時，斷裂伸長率最高可以達到約33%。

e)隨著填料量的增加，磁場強度增加，在體積比為0.55(質量比2.82)時達到最高。

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