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PPS 改性和应用实例

发布时间:2020/8/7 15:40:53阅读人次:3042

根据制造方法的不同,PPS 分为交联型与直链型两种。直链型有优良的韧性和延伸性; 交联型在氧气存在的情况下能加热固化,超过 200 ℃热处理时熔融指数急剧下降,利用该性能可将聚合终了的低黏度 PPS 通过热处理制造适合注塑、挤出任意黏度的聚合物。尽管 PPS 性能优良,但未增强改性的PPS 较脆、热变形温度低,影响其应用领域和范围。

为了进一步改善 PPS 的性能,扩大适用范围,须对其进行改性研究,以达到以下5个目的: ( 1)提高强度; ( 2) 提高冲击性能; ( 3) 提高润滑性;( 4) 改善电性能以及研制具有特殊性能的共混材料; ( 5) 利用自身性能改善其他聚合物的性能,即合金化新型材料。

研究表明,PPS 添加无机填料后仍能与其他聚合物有良好的相容性,这为其合金化和复合改性创造了有利条件。最早开发成功的是 PPS 与氟塑料共混合金,此后形成了合金系列。PPS 合金化后拉伸强度、弯曲强度、抗冲击性能、耐热性能大幅提高,为进一步的挤出、吹塑成型工艺的实施提供了可能。目前,全世界销售的 PPS 复合改性品种多达200 余种,主要有 GF 增强、碳纤维( CF) 增强、无机填料填充、GF 和填料共同填充增强等共混改性。

笔者选取 8 项 PPS 共混复合改性配方实例和改性研究进展,以供参考:

(1) 抗静电 PPS 复合材料配方。PPS 粉 50%( 质量分数,下同) ,天然鳞片状石墨 5%,导电性石墨 2%,硫酸钙二水合物微粉 22%,GF 21%。测试结果表明: 该配方抗静电性、成型加工流动性、力学性能及尺寸稳定性均优良,可应用于录像机、电视和电脑的碟片及光驱,以及要求有抗静电的光电器材或电磁器材。

(2) 纤维填充 PPS 合金配方。PPS 18% ~54%,聚苯醚( PPE) 6% ~ 42%,无机纤维 40%,相容剂适量。测试结果表明: 该配方耐热性、尺寸稳定性好,可应用于汽车气缸盖。

(3) 无机物填充 PPS 配方。PPS 29% ~91%,白云石( 平均粒径 2.5 μm) 9% ~ 71%。测试结果表明: 该配方有优良的刚性、尺寸稳定性及阻燃性,并有极好的表面光滑性、高强度、热稳定性,可应用于电器、机械的插接件。

(4) PPS 的润滑及耐磨配方。聚四氟乙烯( PTFE) 20% ~60%,PPS 40% ~80%。测试结果表明: 该配方兼有 PPS 的成型加工性和力学强度,并且具有 PTFE 极好的润滑性,可应用于抗磨及耐磨材料。

(5) PPS 与工程塑料合金配方。PPS 40% ~90%,聚酰亚胺( PI) 5% ~55%,PPE 5% ~55%,相容剂适量。测试结果表明: 该配方制得的产品易于上漆,具有较高的冲击性能和尺寸稳定性,可应用于汽车外装饰材料。

(6) 高刚性、高耐热 PPS 配方。线性 PPS40%,线性不饱和化合物( 带有烃基、羰基、酸酐或环氧官能团的线性不饱和化合物) 40%,珠光云母粉 8%,有机或无机纤维 12%。测试结果表明: 该配方的耐热性和刚性优异,同时具有良好的加工性能、耐冲击和润滑性,可应用于电器、电子和精密仪器的铸封材料。

(7) 氧化锌晶须( ZnOw) 增强 PPS 专用料。PPS 100 份( 质量份数,下同) ,ZnOw 35 份,偶联剂0.1 ~1.0 份,其他助剂适量。通过 ZnOw 改性 PPS并辅以 GF,可制得拉伸强度高、抗静电性能好的复合材料。当 ZnOw 添加质量份数为 30 份,GF 添加质量份数为 30 份时,拉伸强度达 128.5 MPa,表面电阻率达 4.3 × 10 9Ω。测试结果表明: PPS/ZnOw

抗静电复合材料具有优良的吸波性能,可应用于微波发热材料和电波吸收材料,在诸多领域具有广泛的应用前景。

(8) 纳米二氧化硅( Nano-SiO 2 ) 改性 PPS 专用料。PPS 100 份,Nano-SiO 2 3.0 份,偶联剂 0.1 ~1.0 份,其他助剂适量。测试结果表明: 改性材料的拉伸强度和拉伸模量分别提高 13.4% 和 6.0%,弯曲强度和弯曲模量分别提高 6.5% 和 7. 4%。由此表明,Nano-SiO 2 能显著提高 PPS 的力学性能和综合性能,充分显示出无机纳米粒子在塑料改性中的优异特性。梁基照等考察了纳米碳酸钙( Nano-CaCO3 )用量及表面处理剂对玻璃纤维增强聚苯硫醚( PPS/GF) 复合材料力学性能的影响。结果表明: 随着Nano-CaCO 3 质量分数的增加,试样的冲击强度和弯曲强度均有不同程度的提高; 并且经钛酸酯偶联剂处理的 Nano-CaCO 3 比用硬脂酸处理的效果更好。

黄泽彬等采用氧化镁对 PPS 进行导热改性研究,对比了不同粒径氧化镁单独使用、不同粒径氧化镁复配使用、尼龙 66( PA66) 树脂以及母粒法对 PPS 复合材料导热率的影响,研究了 GF 和 CF对导热 PPS 复合材料的增强改性。结果表明: 氧化镁可以有效改善 PPS 的导热率,不同粒径氧化镁的复配使用、PA66 树脂和母粒法的合理使用可以进一步提高 PPS 的导热率,GF 和 CF 可以对导热 PPS复合材料起到明显的增强作用。

MASAMOTO J 等采用二苯基甲烷二异氰酸酯( MDI) 通过熔融反应挤出的办法对 PPS 先进行化学改性,引入—NCO 基团再与作为增韧弹性体的乙烯基丙烯酸酯接枝马来酸酐熔融共混得到增韧PPS。结果表明: 弹性体与 PPS 基体具有良好的相容性,MDI 改性的 PPS 与带反应性基团的弹性体达到了反应性增容的目的; 弹性体粒径越小,缺口冲击强度越高,并且存在“脆-韧”转变的临界直径和临界弹性体颗粒间距。

袁霞等采用 CF 和碳纳米管( CNTs) 增强PPS 的力学性能和导电性。结果表明: 单组分改性PPS,CF 和 CNTs 的质量分数分别为 20%、15% 时,复合材料的力学性能和导电性能较理想; 采用 CF和 CNTs 复合增强 PPS,当 CF 的质量分数为 16%、CNTs 的质量分数为 4% 时,CNTs/CF/PPS 复合材料性能较好。

梁基照等制备了 PPS/聚碳酸酯( PC) 二元共混物及 PPS/PC/环氧树脂( EP) 三元共混体系,测试了 PPS/PC 体系的力学性能,并考察了 PPS/PC/EP 三元体系中 PC 对体系力学性能的影响。结果表明: 加入适量的 PC 树脂,可在一定程度上提高PPS 树脂的屈服强度、拉伸断裂强度、弯曲强度及冲击韧性。

黄泽彬等为提高 PPS 的耐磨性能,采用了质量分数均为 40% 的 GF 和 CF 增强 PPS,研究对比了它们的摩擦磨损性能,发现 CF 增强 PPS 的摩擦系数和磨损率均低于 GF 增强 PPS。在此基础上,采用 PTFE 和 Nano-SiO 2 对 GF 增强 PPS 进行复合耐磨改性,研究了 PTFE 和 Nano-SiO 2 含量对 GF增强 PPS 摩擦磨损性能及电绝缘性能的影响。结果表明: 相对于质量分数为 40%的 CF 增强 PPS,在相同质量分数的 GF 增强 PPS 中采用质量分数均为10%的 PTFE 和 Nano-SiO2 ,可以在较低成本下使其获得更低的摩擦系数、磨损率,以及滚动摩擦时的磨损质量和磨损体积,同时保持良好的电绝缘性能。

闵敏等采用稀土表面改性剂对 Nano-CaCO3进行表面改性并表征,考察了稀土纳米母粒含量对PPS 加工性能和力学性能的影响; 研究了 PPS/纳米母粒/GF 复合材料的力学性能、电性能及微观结构。结果表明: 经稀土表面改性剂处理制备的稀土纳米母粒加入量及复合材料制备工艺对复合材料的加工性能和力学性能有较大的影响; 随着稀土纳米母粒含量的增加,复合材料的力学性能呈先增加后降低的趋势,其电绝缘性能则得到一定程度的提高。

杨睿等简述了 PPS 性能上的优缺点,并对其改性方案进行简要分析,着重介绍了广泛使用的微纳米填料填充改性。根据改性填料种类可分为碳材料、无机矿物、纤维填料的单一填充改性及多填料复配填充等 4 个方面。分别简述了改性填料的处理、PPS/填料复合材料的加工成型,以及复合材料热学、电磁学、力学等性能的改性结果,为 PPS的改性及应用提供一定的理论指导。提出了目前PPS 改性存在的不足,并对我国未来 PPS 改性产业发展提出了建议。