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增强pps综合简介

发布时间:2019/5/28 16:47:55阅读人次:1389

 PPS具有良好的力学性能,但未改性PPS力学强度较低,仍需要通过增强改性。通过改性增强后 PPS 具有和部分金属及金属合金相媲美的性能,并在实际中得到广泛应用,因此对 PPS 进行增强改性研究提高 PPS 的机械性能和应用是非常有必要。 聚合物的增强改性分为化学改性和物理改性,由于化学改性生产成本高、技术难度大、容易产生中间废物、工业化生产实施困难等不足,所以化学改性应用较少;而物理改性具有操作简单、改性效果明显、生产成本较低、易大规模生产等优点;所以物理改性已经成为增强聚合物主要的方法。物理改性主要是通过添加无机填料、GFCF 或与其他聚合物与基体聚合物共混制备复合材料。

无机粒子增强 PPS

1984年,Kurauchi第一次通过刚性无机粒子增强聚合物制备复合材料,所以这种方法成为增强改性聚合物制备复合材料的最有效的方法。无机粒子填充 PPS 能够保证其基本性能不变,同时能降低PPS生产成本。无机粒子使得 PPS 具有导热、导电、磁性和发光等新的功能,从而拓宽 PPS 的使用范围。由于PPS分子链结构能够和多数的无机粒子(炭黑、白炭黑、云母等)或金属填料(铁粉、铝粉等)之间产生优异的界面作用,从而使得PPS与增强体之间具有良好的界面粘合效果。

2002 年日本研究者使用PPS树脂颗粒和陶瓷粉末在 300℃下熔融混合,然后加入合金粉末在高温下转变成液态,形成网络结构得到复合材料,使得 PPS 复合材料导热率比钛金属高 100 倍以上。刘运春使用 Al2O3粉末填充提高PPS的导热性,在高温下通过共混制备复合材料,其导热性能随着Al2O3含量的增加而增加;通过硅烷偶联剂对Al2O3进行表面处理提高PPSAl2O3之间的界面结合强度,进而使得PPS/Al2O3复合材料的导热性能得到大幅提升。

 Michma利用亚硝酸盐溶液浸泡处理PPS制备具有导电性的PPS,亚硝酸盐的含量对PPS的导电能力强弱由明显的影响,自身的结晶度对提高PPS的导电能力也有一定的影响。袁霞以 CF和碳纳米管(CNTs)增强PPS提高复合材料的导电性和力学性能,当16wt.%CF4wt.%CNTs组合时,CF/CNTs /PPS复合材料的力学性能与导电性能最佳。 吴兰峰通过Fe3O4 填充PPS制备具有磁性的 PPS/Fe3O4复合材料,当Fe3O4 的含量为 30wt.%时,PPS/Fe3O4 复合材料具有高磁性。

纤维增强 PPS

GF是一种具有高强度、高熔点、优异化学抵抗能力、良好的热稳定性以及力学性能优良的无机非金属纤维,其原料来源广。经过近80年的发展,随着生产技术的进步和工艺的优化,GF价格逐渐降低,使得GF成为全球使用量最大、应用范围最广的纤维,也成为21世纪不可或缺的材料。

纤维增强PPS经历了三个发展阶段:第一阶段短纤维(0.2mm0.8mm)增强PPS,生产工艺简单,产品强度不高,只能作为零部件使用;第二阶段中长纤维(大于2mm)增强PPS,使得 PPS 的力学性能得到大幅度提升,能够作为次承力件使用;第三阶段连续纤维纺织物或连续纤维增强 PPS,使得PPS复合材料的机械性能和耐疲劳性能提高,能够满足航天航空材料的使用要求。

 3  短纤维增强 PPS

D. G. BRADY 人采用40wt.% GF增强PPS,复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为121Mpa156MpaPPS 在酸性、碱性、脂类、醇类等物质中为完全不溶或者溶解量忽略不计。而在溶剂中(卤化物、碳氢化合物、硝基苯等化合物)中溶解24h后质量基本上不变;对比 PPS 93℃下24h后化学电阻发现,PPS 的电阻减少率不足 4%

陈晓媛通过研究挤出机螺杆剪切块的数目对GF在基体中的尺寸和分散程度的影响,当剪切块组数为 5 时,PPS/GF 复合材料具有优良的力学性能;GFPPS之间的界面粘附弱,使得 GF 用量进一步增加时,复合材料的冲击强度下降。张翀通过熔融共混的方法制备短 GF 增强PPS制备复合材料,GF的加入可以显著提高PPS的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度,随着GF含量的增加,复合材料的热变形温度和热分解温度得到增加,同时提高了复合材料的耐热性能。Diez-Pascual研究随着CF量的增加,拉伸强度逐渐增强,当CF含量增加到一定程度时,CF 之间的 PPS 含量减少使得粘接性差,应力不能够有效的传递,致使拉伸强度下降。

 JIANG  ZHOU等探究短GF增强聚苯醚酮和PPS共混物的弯曲和疲劳性能,结果表明高应力下为基体屈服和在低应力下为裂纹扩展。对比疲劳数据分析发现,复合材料寿命由低应力下的应力范围和高应力下(SmaxSrange)1/2参数决定;同时发现频率0.897.0之间对材料的寿命影响不明显。L. GONON等人采用交联偶联剂对GF表面处理,进一步提高PPS/GF复合材料的冲击性能,通过微粘结实验提出PPS/GF韧性断裂,同时开发出新模型用于评估这种断裂,由于PPSGF周围的塑性流动导致剪切强度均一,结果表明双功能偶联剂最为有效性。

Jog研究40wt.%GF增强PPS的结晶性能,结果表明PPS复合材料的结晶速率相对于PPS约快 20%PPS/GF复合材料体系结晶温度提高了 6℃左右。时圣勇研究了CFPPS力学性能及结晶性能的影响,与PPS相比,复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度等均得到了显著的提高,CFPPS中起到了异相成核的作用,有利于提高PPS/GF复合材料的机械性能。

Karen  Stoeffler研究再生CFPPS复合材料力学性能的影响,结果表明再生CFCF具有更好的表面活性和更高比表面积,所以再生CF具有更好的界面效果;再生CF增强得到PPS 复合材料的拉伸强度为 3425MPa

Benoit Vieille等研究CF的不同形式增强体对 PPS复合材料的性能影响,得到纯 PPS、碳纤维增强PPS、碳纤维布增强 PPS的拉伸性能分别为 135Mpa614Mpa1260Mpa,同时研究了三种材料在不同温度下的拉伸失效机理,通过拉伸断裂的表面观察分析可知,室温至 120℃对失效机制几乎没有影响。

Kun Zhang研究氨化PPS作为增溶剂的对短 CF增强PPS对复合材料的机械性能影响;结果表明氨化PPS能够有效的改善CFPPS之间的界面相容性,进而提高了 CF/PPS 复合材料的拉伸强度和弯曲强度,同时提高 CF/PPS 复合材料在不同温度下的动态热机械性能。

 4  长纤维增强 PPS

长纤维增强 PPS 表现出比短纤维增强 PPS 具有更好的力学性能,可提高刚性、压缩强度、弯曲强度、耐蠕变性,同时数倍的提高 PPS 的冲击强度。由于长纤维增强PPS具有以上的优点;所以长纤维增强 PPS 制备复合材料在国内外得到广泛的应用。

吴玉倩通过双螺杆制备出 3mm6mm9mm三种不同长度 GF增强 PPS复合材料,结果表明6mmPPS/GF复合材料的机械性能最优。Huan Zhai等人采用注塑成型制备3mm6mm12mm三种长度的GF增强 PPS,结果表明在相同含量下GF长度为6mmPPS/GF复合材料机械性能均优于其他两种。

杨桂成将PPS粉末与聚乙二醇等混合制备出混合粉末,然后将粉末制备成PPS悬浮液,浸渍 CF 经过干燥和缠绕成型等得到单向布,最后热压成型得到单向长纤维增强PPS复合材料,其力学性能得到大幅提高。Miller使用长GF经过带有静电的PPS树脂粉末流化床,通过静电吸附至GF表面。

连续 GF 通过加热通道熔融制备成预浸料,然后冷却后切成长纤维增强树脂的颗粒,最后制备GF增强PPS的复合材料。PPS的熔体黏度高,采用普通的熔体包覆法很难实现PPS 对增强纤维的浸渍。国外已经实现使用二次熔体包覆法对增强纤维的浸渍。将PPS树脂在挤出机中加热达到流动状态,其次通过挤出机挤出,同时将预热的连续纤维引入机头中,实现PPS对纤维的第一次包覆,最后将复合材料引离挤出机;将PPS再次加入挤出机中,实现PPS对纤维的二次包覆。最后可得到浸渍良好的长纤维增强 PPS原料。原料经模压等二次成型方法就可制备出性能优良的长纤维增 PPS复合材料。