聚苯硫醚（PPS）復(fù)合材料的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚苯硫醚(PPS)是一種性能優(yōu)異的特種工程塑料，具有優(yōu)良的耐熱性、阻燃性，耐化學(xué)藥品性，電絕緣性，和力學(xué)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)異的性能和廣泛的用途已使PPS產(chǎn)量居特種工程塑料首位，在工程塑料中排列第六位。然而PPS脆性大，沖擊強(qiáng)度低的缺點(diǎn)限制了其在更廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)PPS的改性因而具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文通過(guò)無(wú)機(jī)粒子納米CaCO3和玻璃微珠，新型熱塑性彈性體(POE)，以及它們的協(xié)同作用來(lái)增韌增強(qiáng)PPS，對(duì)不同體系的PPS復(fù)合材

2、料的形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究，獲得了許多有價(jià)值的數(shù)據(jù)和結(jié)果，這對(duì)豐富和發(fā)展PPS復(fù)合材料具有一定的指導(dǎo)意義，為開發(fā)新型PPS復(fù)合物提供了新的途徑。這些工作主要包括： 1、納米CaCO3作為剛性微粒，與PPS熔融共混制備得PPS/nanoCaCO3復(fù)合材料，對(duì)其進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。發(fā)現(xiàn)了納米CaCO3對(duì)復(fù)合體系粘度的影響規(guī)律，這一結(jié)果目前尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。即：納米CaCO3在低組分時(shí)對(duì)復(fù)合體系的粘度影響不大，只

3、是在其含量超過(guò)20％時(shí)，體系的粘度才明顯增加。這說(shuō)明一方面，納米CaCO3作為微分散相，增加了界面，與作為連續(xù)相的PPS大分子鏈產(chǎn)生界面粘合作用，因而并未阻礙高分子鏈之間的相互滑移，使得在低添加量時(shí)，其粘度無(wú)明顯增加。另一方面，由于納米粒子粒徑小，在熔體流動(dòng)過(guò)程中作為一個(gè)流動(dòng)單元，隨高分子鏈一起位移，當(dāng)納米CaCO3的含量增加時(shí)，有些粒子聚集在一起，形成大粒子，增加了高分子鏈的纏結(jié)程度，阻礙了高分子鏈在毛細(xì)管中滑移，使得粘度顯著增加。復(fù)

4、合體系的流變行為呈假塑性流體，剪切應(yīng)力與剪切速率符合冪律模型，納米CaCO3/PPS是一種流動(dòng)性很好的復(fù)合物。由沖擊試驗(yàn)和AFM圖片可見，PPS/nanoCaCO3復(fù)合材料較之純PPS顯著的脆性斷裂有了明顯的塑性變形特征，加入納米碳酸鈣，在一定用量范圍內(nèi)明顯提高了PPS的韌性。在添加量為5％時(shí)，沖擊強(qiáng)度為74.13kJ/m2，較純PPS提高約22％。拉伸強(qiáng)度在添加量為10％時(shí)達(dá)最大值83.73Mpa，較純PPS提高約19％。 2

5、、首次采用彈性體POE作為增韌劑用于PPS的增韌改性，制備了PPS/POE共混材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這是可行的，隨著POE含量的增加，共混體系的缺口沖擊強(qiáng)度幾乎呈線性上升，當(dāng)POE含量為30％份時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)最大值16.78KJ/m2，而純PPS為6.34KJ/m2，提高2.6兩倍，此時(shí)共混物的拉伸強(qiáng)度也有較大幅度的下降。當(dāng)POE含量在10％左右時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度已大于10KJ/m2，即已達(dá)到增韌的目的，而此時(shí)共混體系的拉伸強(qiáng)度降低得不多

6、。形態(tài)觀測(cè)表明，POE粒子均勻分布于基體中，在斷裂過(guò)程中的塑性變形和最終斷裂失效吸收大量能量，抑止裂紋擴(kuò)展是主要的增韌機(jī)理。 3、首次研究了PPS/POE體系的動(dòng)態(tài)流變行為，結(jié)果表明，隨POE含量的增加，PPS共混體系于290℃的貯能模量和損耗模量呈非線性函數(shù)形式增加，使用POE增韌PPS，可以獲得動(dòng)態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良的彈性體增韌共混材料。隨著POE含量的增加，PPS共混體系的粘度相應(yīng)增加，在290℃時(shí)，隨著剪切速率的增加，體系的粘

7、度下降并趨于相同；當(dāng)POE為20％時(shí)，由于共混體系兩相中POE粒子發(fā)生形變，粘度最高，雖然隨溫度上升迅速下降，但也給實(shí)際生產(chǎn)加工造成一定困難。 4、制備了PPS/POE/nanoCaCO3三元共混物。采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，制備了一系列三元共混物，綜合分析納米粒子與彈性體對(duì)PPS的改性機(jī)理。結(jié)果表明：納米CaCO3和彈性體POE對(duì)基體PPS的剛性和韌性均有較明顯的影響，兩者的共存使體系的力學(xué)改性規(guī)律變得較為復(fù)雜。綜合彈性體POE和納米

8、CaCO3對(duì)復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度、流動(dòng)性、拉伸強(qiáng)度等的影響結(jié)果，均存在一個(gè)最佳用量。在納米碳酸鈣含量為3％，POE含量為5％時(shí)，其綜合性能相對(duì)較好，缺口沖擊強(qiáng)度提高到28.87KJ/m2，而拉伸強(qiáng)度降低得不多。 5、對(duì)兩種粒徑的玻璃微珠(GB)增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料的研究表明，粒徑大小對(duì)PPS/GB復(fù)合體系力學(xué)性能有一定的影響，粒徑越小，復(fù)合體系的拉伸強(qiáng)度值越高。硅烷類偶聯(lián)劑可改善PPS與玻璃微珠的界面結(jié)合，如對(duì)40％GB增強(qiáng)PPS

9、的復(fù)合體系，用KH550處理后，共混材料的沖擊強(qiáng)度從31.07KJ/m2提高到43.78KJ/m2，拉伸強(qiáng)度達(dá)80.90Mpa，而未處理時(shí)的拉伸強(qiáng)度為54.71Mpa，提高了47.8％。 6、首次研究了玻璃微珠對(duì)PPS摩擦性能的影響，取得了很重要的結(jié)果。在給定的實(shí)驗(yàn)條件下，兩種粒徑的玻璃微珠都降低了PPS的摩擦系數(shù)，增強(qiáng)了PPS的耐磨性。玻璃微珠粒徑越小，越容易在對(duì)摩面上形成轉(zhuǎn)移膜而達(dá)到減摩的目的。玻璃微珠本身的大小和結(jié)構(gòu)形態(tài)均