聚苯硫醚復(fù)合材料中分散相性質(zhì)和形貌特點對體系性能的影響.pdf

1、聚苯硫醚(PPS)是一種新型的熱塑性半結(jié)晶型的工程塑料，性質(zhì)優(yōu)異。它具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫性、良好的物理機(jī)械性能、以及尺寸穩(wěn)定等特點，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天和電子電器等領(lǐng)域。但是由于其分子鏈中有苯環(huán)剛性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了聚苯硫醚樹脂較脆以及斷裂伸長率低等缺陷，從而限制了聚苯硫醚更廣泛的應(yīng)用。因此對聚苯硫醚及其增強(qiáng)增韌復(fù)合材料的研究具有重要的意義。 本課題選用碳纖維、彈性體(包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物和苯乙烯-乙

2、烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐)、無機(jī)納米粒子(納米二氧化硅和納米四氧化三鐵)以及尼龍6等為增強(qiáng)增韌填料，采用簡單熔融共混的方法制備了聚苯硫醚基復(fù)合材料，并通過透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、HAAKE轉(zhuǎn)矩流變儀、差示掃描量熱儀(DSC)、寬頻介電常數(shù)測試儀、同步熱分析儀(STA)、動態(tài)機(jī)械分析儀(DMA)、熱變形維卡溫度測定儀以及電子萬能試驗機(jī)等研究了基體、填料以及復(fù)合材料的表面斷

3、面形貌、結(jié)晶性能和行為、熔體流動性能、介電性能、耐熱性能及力學(xué)性能等。分析了分散相的性質(zhì)、含量、表面處理以及形貌特點等對復(fù)合材料性能的影響。 (1)聚苯硫醚/碳纖維復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能 采用熔融共混的方法制備了PPS/CF增強(qiáng)復(fù)合材料。沖擊斷面形貌研究結(jié)果表明CF均勻分布在PPS基體中，復(fù)合材料的斷面形貌隨著CF的加入變得粗糙，由此可以說明增強(qiáng)相CF和基體相PPS間有良好的界面作用。力學(xué)性能測試結(jié)果表明，與純PPS

4、基體相比，PPS/CF復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及沖擊強(qiáng)度等均得到了明顯的提高，當(dāng)體系中CF含量為18wt～20wt％時，復(fù)合材料的拉伸和彎曲強(qiáng)度最大為117.8 MPa和178.1 MPa，且體系的沖擊強(qiáng)度則達(dá)到38.7 kJ/m2。通過對復(fù)合材料結(jié)晶性能和結(jié)晶行為的研究表明CF在體系中起到了異相成核的作用，加速了復(fù)合材料中PPS組分的結(jié)晶速率，同時也降低了其結(jié)晶度，但對基體相的結(jié)晶晶型沒有產(chǎn)生影響。介電性能和導(dǎo)電性能測試結(jié)果表明

5、，CF的加入明顯地提高了基體的體積電導(dǎo)率和介電常數(shù)，復(fù)合材料的最大體積電導(dǎo)率為3.0×10-3 S/m。維卡軟化溫度、STA和DMA測試結(jié)果表明復(fù)合材料的耐熱性能隨著CF含量的增加而改善，儲能模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也隨CF含量的增加有所提高。 (2)聚苯硫醚/彈性體復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能 選用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物(SBS)和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐(SEBS-g-MAH)兩種彈

6、性體對PPS進(jìn)行增韌改性。沖擊斷面形貌結(jié)果說明SEBS-g-MAH與基體PPS間相容性較好，而SBS與基體相PPS間存在較為明顯的兩相界面。力學(xué)性能測試結(jié)果表明采用彈性體SBS和SEBS-g-MAH可以明顯的提高PPS的沖擊強(qiáng)度，相對于純PPS基體，SBS和SEBS-g-MAH增韌PPS復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度分別提高了33％和50％，最大值分別為30.5 kJ/m2和34.4 kJ/m2，但是復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均有不同程度的下降。

7、由于彈性體的耐熱性相對于基體來講較差，因此STA和維卡軟換溫度測試結(jié)果表明復(fù)合材料的耐熱性能有所下降。彈性體的加入增大了體系中PPS組分分子鏈段運(yùn)動的空間位阻，因而使得其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高且同時降低了其結(jié)晶度。彈性體增韌PPS復(fù)合材料體系具有高介電常數(shù)和低介電損耗的特性。綜合分析SBS和SEBS-g-MAH對PPS的改性效果可知，相對于PPS/SBS復(fù)合材料體系，PPS/SEBS-g-MAH復(fù)合材料的抗沖擊性能較好且對其他性能的影響較小

8、。 (3)聚苯硫醚/無機(jī)納米粒子復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能 采用熔融共混的方法分別制備了納米二氧化硅(nano-SiO2)和納米四氧化三鐵(nano-Fe3O4)增韌增強(qiáng)PPS復(fù)合材料。經(jīng)過表面化學(xué)處理后nano-SiO2和nano-Fe3O4的團(tuán)聚現(xiàn)象得到了明顯改善，掃面電鏡結(jié)果顯示無機(jī)納米粒子在復(fù)合材料中實現(xiàn)了良好的分散，且可以看出表面處理后無機(jī)納米粒子與基體粘結(jié)作用增強(qiáng)。力學(xué)性能測試結(jié)果表明nano-SiO2和na

9、no-Fe3O4在改善材料韌性的同時也起到了增強(qiáng)作用，材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度得到明顯的提高，在PPS/ nano-Fe3O4復(fù)合體系中，材料的最大拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為56.53 MPa和120.14 MPa，經(jīng)表面處理的nano-SiO2改性PPS復(fù)合材料的最大拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度為53.24 MPa和97.27 MPa，且其沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到22.98 kJ/m2和15.91 kJ/m2。DSC測試結(jié)果表明納米粒子可以加快PPS的結(jié)

10、晶速率并提高結(jié)晶溫度，但結(jié)晶度減小。納米粒子增韌增強(qiáng)PPS復(fù)合材料具有更加優(yōu)異的耐熱性能和介電性能。對比發(fā)現(xiàn)，在含量相同的情況下經(jīng)表面處理的nano-Fe3O4對PPS的增韌增強(qiáng)作用要優(yōu)于經(jīng)表面處理的nano-SiO2。 (4)聚苯硫醚/尼龍6/環(huán)氧樹脂三組分復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能 以環(huán)氧樹脂(ER)作為增容劑，采用熔融共混的方法制備了PPS/PA6/ER復(fù)合材料。通過對復(fù)合材料體系性能的測試結(jié)果表明，當(dāng)三者組成比為