聚苯硫醚(PPS)作为一种化工新材料,被列为未来10年发展的重要材料之一,而且它也是国内纺织化纤领域中发展最快、需求量大的高性能纤维材料之一。由于其拥有优良的耐化学性、高强度、高模量、热稳定性及阻燃性,已广泛用于燃煤锅炉除尘袋,化学品过滤和军事等领域。但是PPS纤维材料生产的成本高,经过长期对 PPS 熔融纺丝过程的研究发现,在高温纺丝时,PPS大分子链在受到热和剪切的作用下,其部分硫醚键易发生氧化反应生成自由基 -SO·或 -SOO·,从而影响纺丝过程的稳定性和纤维的性能。
目前采用纳米粒子来填充聚苯硫醚复合材料是开发新材料产品并提高其经济效应的主要途径之一。但实现纳米粒子在聚苯硫醚中高性能化的关键问题是控制纳米粒子在基体中的分散和调控基体与填料间的界面作用,工业化的难点在于降低制备无机纳米粒子的分散成本和提高制备方法的可操作性。
目前采用乳液、悬浮、分散、原位聚合等方法制备的核壳型有机/无机粒子均为固态,虽然能减小纳米粒子团聚尺寸,但作为聚苯硫醚熔融共混纺丝的无机粒子母料与聚合物熔融共混纺丝黏度大,温度较高,而且也很难通过剪切力消除小的粒子聚集体等缺陷,大大限制了纳米粒子在复合纤维中的应用。因此,本文选用SiO2为填料,首先通过3-(三甲氧基硅丙基)二甲基十八烷基氯化铵与SiO2粒子表面羟基反应,然后与壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠进行离子交换反应,得到室温可流动SiO2离子纳米粒子(简称纳米流体),由于其本身不仅黏度低、具有流动性、导电性、耐高温而且呈现纳米级分散,因此不仅可以降低聚苯硫醚熔融纺丝的黏度,增加其流动性,同时还可以降低能耗,这也是宏观增强材料所无法比拟的,有助于推进聚苯硫醚纤维的绿色环保化及拓展其应用领域,具有重要的经济效益和社会效益。
研究表明:(1)采用离子交换方法在 SiO2粒子表面接枝上了有机长链离子,实现了纳米粒子在无溶剂存在下呈现单分散性,室温可以流动,具有较高的电导率。
(2) SiO2离子纳米粒子作为填料与 PPS共混制备了复合材料,粒子能够均匀分散在基体中,在不降低断裂应力情况下, SiO2离子纳米粒子的质量分数为7%时提高了PPS的断裂伸长率,起到增韧作用同时不影响材料的热稳定性。由于SiO2离子纳米粒子的优异特性,将在PPS抗静电复合材料领域广泛应用。
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