聚苯硫醚(PPS)是聚芳硫醚的一种,其分子主链由苯环与硫原子交替排列,其中苯环结构赋予PPS刚性,而硫醚键则提供了柔顺性。PPS具有优异的耐热性能、耐腐蚀性能与阻燃性能,刚性很高,成型收缩率低,电性能十分突出,其产品广泛应用于汽车工业与管道输送等领域。针对PPS脆性大的缺点,相关改性重点主要集中在材料的共混改性,通过加入其他树脂或增强填料,改善PPS复合材料的韧性,同时降低复合材料的成本。
玄武岩纤维(BF)是一种较为新颖的增强纤维,其模量和比强度高,生产工艺较玻璃纤维更为环保。本实验选用BF作为增强填料,并选择合适的偶联剂和相容剂,通过熔融共混的方法制备高强度、耐冲击的PPS复合材料,以扩大材料的应用范围。有公司进行了实验,实验如下:
按配方中所用无机填料用量的1.5%称取硅烷偶联剂,溶入适量无水乙醇中配成溶液,与无机填料混合均匀,放置24 h,干燥使乙醇挥发。按比例将PPS与BF、填料混合均匀,用双螺杆挤出机挤出造粒,各段温度设定为:一段272℃、二段277℃、三段287℃、四段282℃、机头285℃,螺杆转速70 r/min。粒料在110℃下干燥3 h后注塑试样,注射机各段温度设定为:一段288℃、二段295℃、三段310℃,机头温度315℃,注射压力3.5 MPa,保压压力4.5 MPa,保压时间8 s,冷却时间12 s。
性能测试:拉伸性能按GB/T 1040.2—2006测定,拉伸速度20 mm/min;弯曲性能按GB/T 9341—2008测定,弯曲速度5mm/min;悬臂梁冲击强度按GB/T 1843—2008测定;负荷变形温度按GB/T 1634.2—2004测定,测试负荷8.0 MPa。TGA:N 2 氛围,以10℃/min的速率从50℃升温至850℃。DSC:N 2 氛围,以10℃/min的速率从30℃升温至330℃,恒温5 min,以消除热历史,再以10℃/min速率降温至30℃。SEM:试样在液氮中脆断,置于扫描电镜下观察其微观形貌。
结果表明:(1)随着BF用量的增加,PPS/BF复合材料的力学性能均呈逐渐提高的趋势。当BF用量为40%时,复合材料的拉伸强度达到140 MPa,弯曲强度达到228 MPa,冲击强度达到27 kJ/m 2 ,缺口冲击强度达到8.2 kJ/m 2 ,负荷变形温度达到106℃。
(2)DSC测试结果表明,BF起到了异相成核作用,促进了PPS的结晶,改善了其结晶行为,提高了结晶速率。
(3)TGA研究结果表明,BF的加入使复合材料的分解温度得到提高,材料的耐热性能增强。
(4)采用硅烷偶联剂KH560可以明显提高PPS/BF复合材料的力学性能,这是由于环氧基团更容易与基体树脂反应所致。
(5)在PPS/BF体系中添加玻璃纤维可以进一步提高材料的力学性能,在PPS/BF体系中添加POE-g-GMA可以提高复合材料的韧性,而晶须则无法提高PPS/BF复合材料的力学性能。
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