新闻中心

传递新资讯,分享企业新成果

行业动态

PPS 基复合材料的性能优化

发布时间:2020/8/11 16:45:56阅读人次:1363

聚苯硫醚(PPS)是一种半结晶热塑性聚合物,结晶度(X c )约为 29%~36%,玻璃化转变温度(T g )在 80~90℃ 之间,熔点(T m )约为 285℃。PPS 由于其优异的耐化学性、低摩擦系数、尺寸稳定性、耐高温性和高阻燃性等成为最具潜力的工程塑料之一。PPS 的分子量在40000 左右,主链中的苯环使PPS 排列规整,具有刚性结构,纯 PPS 材料质地偏脆,冲击强度低,当温度超过 T g 时,PPS 的主链因发生蠕变作用而使材料的力学性能下降。

硫原子以对位形式存在于苯环上,但 C—S—C 的键能较弱,二价的硫原子不稳定,容易受到外界条件的影响。例如,纯 PPS 很容易因高温氧化而导致大分子交联,甚至降解。针对 PPS 的这些缺点,增韧、抗氧化和增强力学性能是提升 PPS 材料性能的 3 个主要研究方向。

1 抗氧化性能

高温下,PPS 大分子中的 C—S—C 键容易受到强氧化气体的影响,使纯 PPS 容易被氧化,大分子交联甚至降解,材料的力学性能变差。为了弥补这个缺点,通常用抗氧剂修饰 PPS 分子,可以在一定程度上阻止 PPS 热氧化,但由于分解温度低,高温下小分子抗氧剂容易分解和气化,在 PPS(>300℃)的加工温度下,不能达到抗氧化的目的。另一种提高 PPS 抗氧化能力的方法是将无机物纳米颗粒引进PPS基体中,如铝酸钙、二氧化硅和蒙脱土等。层状蒙脱土(MMT)具有优良的氧气阻隔性能,因此可以防止氧气渗透并显著延迟聚合物基体的热氧化降解。由于与树脂基体间的层间界面问题,蒙脱土常与 SiC、SiO 2 等共同作用以获得更好的抗氧化效果。

 2 增强

纯 PPS 存在脆性大的缺点,常见的增强方法是将其他填料通过共混改性的方法添加到 PPS 体系中,主要包括玻纤(GF)、碳纤(CF)和玄武岩纤维(BF)等。陈晓嫒等增加复合体系中 BF 的量时,发现结晶峰向高温区移动,此时 BF 起到了异相成核的作用,促进了体系的结晶,因此,可以提高整体的力学性能。当加入增强纤维 GF和CF时,一方面可以承载部分载荷,避免应力集中,另一方面可以吸收冲击时产生的部分能量,避免已形成的裂纹进一步扩散。此外,在高温环境中,PPS的—SH 端基键可以与其他树脂基团(环氧基团等)发生扩链或交联作用,改善了相与相之间的相容性,增强了力学性能。

 3 增韧

一般而言,采用弹性体或本身韧性较好的塑料对 PPS 基体进行增韧,其原理如下:当 PPS 基体受到冲击时,作为均匀分布在基体中的分散相首先发生形变并吸收大量能量,并且可以诱发基体产生银纹和剪切屈服,从而达到增韧的目的。此外,预增韧及提高界面相容性也是增韧的途径,例如,使用 GF 等虽然可以起到增强作用,但由于亲和性不同会使材料发生脆断,当粒度小于 5 μm 的改性聚苯乙烯(PS)与 PPS 共混进行预增韧后,发现 PS 均匀分布在基体中,断裂方式转变为韧性断裂。