聚苯硫醚填充改性的研究进展_戈明亮

余来贵 等 [ 21] 以 粒 径 1 ~ 3 Lm 的 S iC、S i3N4、A l2O 3 和 C r3 C2 粉 末为填 料, 以美 国产 PPS 粉末 为基体, 充 分机 械混 合后以升温速率 5e /m in加 热至 310e , 保温 1 h后 冷却至 室温, 热压制成尺寸为 5 mm @ 27 mm @ 36 mm 的试块。模压 初始压力为 56 M P a, 随着温度升 高, 压力 持续降低并 在温度 达到 310e 时稳 定 于 12 M P a。在 冷 却 过 程 中 当 温 度降 至 260e 时再次将压力升至 56 M P a以 便制得 致密 性良 好的复 合材料试块。用 SEM 和 X 射 线光 电子 能谱 研究 了 PPS /陶 瓷复合材料与工 具钢 摩擦 副的 摩擦 化学 作用 机理。 S i3N4、 SiC和 Cr3 C2 填料使 得 PPS 磨损 的 体积 损失 降 低, A l2 O3 填 料使其磨损的体积损失 有所 增加; XPS 分析 结果 显示, 复合 材料中的 PPS在摩擦过程中发生了分解, 分解产物与对 偶件 铁及大气中氧作用生成 FeS和 F eSO4 等化合物, 这 些化合物 的生成有利于提高转移膜在底材表面的结合强度, 因而使得 耐磨性能提高。 T. Sug am a等 [22] 也在 PPS中 加入 SiC、钙铝 酸盐 ( ACA )等填料, 以提 高材料 的耐热 性、耐 磨性和 力学性 能等。
采用物理填充对 PPS进行改性是一种常用方法 , 根据制 品的使用要求在 PPS基体中添加一种或几种填料, 使不同的 填料发生协同作用, 可改善 PPS的性能或降低材料的成本。 1 GF 填充改性
由于 PPS主链上含有大量的苯环, 增加了其分子链的刚 性, 致使其性脆、冲击韧性不高 , 因而在应用中受到了一 定的 限制, 很 多学 者利用 GF 增强 PPS[6, 7] 。陈 晓媛 等 [ 8] 研究 了 G F增强 PPS的双螺杆挤 出及注 塑工艺, 探讨 了螺 杆剪切 元 件、注塑机料 筒温度、试样热处 理等加工 工艺参数对 PPS 复 合材料性能的影响, 以及 G F用 量对 PPS复合材 料力学 性能 的影响。结果表明, 挤出机 螺杆 剪切元 件的 数目决 定了 GF 在 PPS中的尺寸和分散程度, 注射温度为 310e 时 PPS 复合 材料的综合力学性能更为优越 , 成型后进行热处理反而 使材 料的力学性能略 有下 降; 随 G F 用 量的 增加, 材 料的 力学 性 能先升后降, 在 GF 质量分数为 40% 时达到最 佳。从 PPS复 合材料冲击断裂面的 SEM 照片可看出, 未处理的 GF 很少被 PPS包覆, 表明其界 面间是弱 粘附。这 是因为 GF 具有亲 水 性, 而 PPS为疏水性, 且 PPS基体表现为尖锐的脆性断层, 从
CF 剪成 3 mm 和 6 mm 两种长度, 用丙酮清 洗掉其表面 的浸 润剂, 然后进行干燥, 再在室温 下用浓 度约 10% 的次氯 酸钠
溶液浸泡数十小时, 将其 取出后 用蒸馏 水漂 洗 45 m in, 用 自 来水冲洗 30 m in后干燥, 然后将处理后的 CF 按比例加 入一 定量的共混树脂, 用搅拌器混合均匀。将上述混合物料 置于
( G I ), 利用末端缺口三点弯曲实验测试应变能 释放率 ( G II ),
观察破坏形貌,
并分析
GI
和
G
随热
II
处理温度
改变
而改
变
的
规律。在同样条 件下 PPS /CF 复 合材 料的 G II均高 于 G I, 并
且受热处理条件的影响较大。邱军 [ 14] 等采 用冷压烧结 法制
备了 PPS /CF 复合材料, 研究了 CF 含 量、表 面处理方法 等对
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工程塑料应用
2005年, 第 33卷, 第 9期
聚苯硫醚填充改性的研究进展*
ห้องสมุดไป่ตู้
戈明亮
( 华南理工大学工业装备与控制工程学院, 广州 510640)
摘要 针对 聚苯硫醚 ( PPS) 韧性较差、价格高等缺点, 介绍几 种常用 填料如 玻璃纤 维、碳 纤维、氧化锌、芳 纶、纳 米材料等对 PPS改性的研究进展, 讨论了填料对 PPS微观结构、力学性能及加工 性能的影响。 并指出国内 在此研究 领域中存在的一 些不足。
C. A. M ah ieux 等 [ 15]研究了单 向 CF A S4含量为 7% 填充 PPS 复合材料的拉伸性 能与温 度的关系 , 发 现随温 度的 升高, 材 料的拉伸弹性模量先 降后升, 而 拉伸强 度在 200e 时降 低了
20% , 并建立了模型以解释 和计算 拉伸性 能与 温度 的关系。 随后又研究了此复 合材料 的断裂 性能和 耐疲 劳性能。 Chen Ch iM. M a等 [ 16] 研究了 环境 中水 对 PPS /CF 复 合材 料力 学
PPS 的突出特点为耐高温、耐腐蚀、耐辐射、不燃、无毒、 力学性能和电性能 十分优 异, 制 品的尺 寸稳定 性好, 可用 多 种方法成型加工, 并可对制品进行二次加工, 用途十分广泛。 其作为代替金属 的材 料引 人注 目, 近几 年用 量以 每年 10% 左右的速度增长。但 PPS也存在不足之处, 例如纯 PPS制品 的脆性大、韧性较 差、易 断裂; PPS的结 晶温 度较 高, 成型 加 工时要求模具温度保持在 130~ 150e ; PPS非晶部分的 玻璃 化转变温度 (T g ) 较低 ( 85e ), 在温 度超过 90e 时 力学性 能 降低; 此外, PPS的价格较高, 所以一般 单独使用 PPS的 情况 较少, 多以玻璃 纤维 ( GF ) 或 无机 填 料的 混配 物 注塑 制品。 此外, 薄膜、纤维、挤出与吹塑制品、涂覆制品、聚合物合 金等 市场也很广泛 [ 5]。
关键词 聚 苯硫醚 填充 改性 填料
聚苯硫醚 ( PPS)又称聚苯撑硫或聚次苯基硫醚, 是美国 菲利 浦 石 油 公 司 于 1968 年 以 R yton 商 标 投放 市 场, 并 于 1973年开始工业化生产的一种综 合性能 优异的 热塑性 结晶 树脂, 其熔点高达 280~ 290e , 分解温度大于 400e , 与 无机 填料、增 强纤维或 其它高 分子材 料复合, 即可 制成各 种 PPS 工程塑料及合金 [ 1~ 4] 。
杆。该公司称, 选用这种增强 PPS是因为它与其它纤维增强 塑料相比 能提 高 球杆 的 性能。据 介 绍, F ortron PPS为 线 性 PPS, 它比支链的 PPS更适于制造高尔夫球杆, 因 为线性 PPS
具有更高的强度与 硬度, 易于用 铺层工 艺加工, 并 且持久 耐 用。张晓鸥等 [ 17] 将 PPS、聚醚砜 ( PSU ) 以 3B1的比例用 搅拌 器混合均匀, 在 挤出 机 中熔 融 混合、挤 出、造 粒。将 连续 的
张爱波等 [ 19]研 究了 短芳 纶纤 维 增强 PPS /酚 酞型 聚醚 酮 ( PEK-C)复合材料的 力学 性能, 研究 表明, 纤 维的 长度和 含量对力学性能有显著 影响, 在相同 纤维含 量下, 纤 维长度 增加可使纤维末端数目 减少, 减少了 应力集 中点, 有 利于拉 伸强度和冲击强度的 提高。芳纶 纤维不 需经过 表面 化学处 理即与 PPS有良好的界面特性。随加工温度升高, 复合材料 冲击强度降低, 拉伸强度 提高。另 外他们利用表面接枝的方 法在芳纶纤维表面引入环氧基团, 以改善纤维与 PPS间 的界 面性能, 纤维表面接枝环 氧基团后, 复合材料界面性能 提高, 水难以沿界面渗入, 从而使得在同 一条件下复合材料的耐高 温热水性能得到提高 [ 20]。
而导致当 GF 质量分数超过 40% 后因 GF 分散不均且与基体 的粘接变弱, 致使 应力不能被 PPS 有效地传 递, 容 易产生应 力集中, 使材料的冲击强 度降低。因此为进一步提高 PPS复 合材料的力学性能, 有必要选用适 当的偶联剂或增韧剂来改 善 GF 与 PPS的界面粘接状况及 PPS基体的 脆性, 从而进一 步提高材料的力学性能。邱军 [ 9] 利用玻 璃布增 强 PPS并利 用类似于无机粉末成型 的 / 冷压 烧结 0法制 备了 PPS /GF 复 合材料, 研究了玻璃 布的含 量、表 面处理 方法及 刚性 粒子填 充等对 PPS复合材料力学 性能的 影响。结 果表 明, 随 着 G F 含量的增加, PPS /GF 复合材料的拉伸强度与冲击强度 提高, 但达到一 定程度 后开始降 低; 用 KH - 550偶联 剂处 理高岭 土提高了高岭土在 PPS中的分散性和相容性; 高岭土的 含量 影响 PPS /GF 体系的冲击韧性。随着高 岭土含 量的增 加, 材 料的冲 击强度 增大, 高 岭土含 量为 20% 时, PPS /GF 体系的 冲击强度最高; 随着 GF 含量的增加, T g 变 化不太明显, 但总 体呈上升趋势。 2 氧化锌 ( ZnO )晶须填充改性
模具中, 经 340e 熔融塑化 0. 5 h 后模 压成型。 液相 氧化的 CF可适当 提高 PPS复合 材料的 拉伸 强度、冲击 强度 及耐湿 热性; 采用快 速冷却处理工艺, PPS 的相对结晶度低, 力学性 能较好。 P. J. Ber inau等 [ 18]先制成 PPS /CF ( A S4)层状复合 材料, 然后在材料的 两边与 丙烯酸树 脂层压 成型, 形 成三明 治结构, 以增强材料的性 能。 4 其它材料填充改性
用晶须这种超高强度的短纤维改性树脂基体, 可以大幅 度提高材料的 强度, 但 由于 加工 剪切 作用 导致 晶 须定 向排 列, 各向异性十分明显。若用 四针状 ZnO 晶须 增强, 则可以 起到各向同性增强的 效果。这是 该晶须 四针状 空间 结构所 带来的独特效应, 它不仅保证了材 料和制品具有各向同性的 强度, 而且保证了制品在 热收缩、热变形、耐挠曲和使用性能 等方面的均匀 和稳 定 性。周 祚万 等 [ 10] 研究 了 ZnO 晶 须对 PPS的增强效果。他们 将用偶 联剂表 面处 理的 ZnO 晶须加 入到 PPS基体中, 明 显提 高了材 料的 力学 性能。杨 杰等 [11] 将偶联剂制成溶液, 以 浸泡 或喷 雾的 方式 与 ZnO 晶须 均匀 混合, 待挥发掉溶剂后将 表面处理的 Z nO 晶须与 PPS 混合, 通过双螺杆挤出造粒。力学性能测试表明, 硅烷偶联剂可有 效地改 善 ZnO 晶 须与 PPS的 结 合状 况, 提 高材 料 的性 能。 在双螺杆挤出 过程 中, 低的 螺杆 转速 和剪 切作 用 可减 少对 Z nO 晶须结构的破坏, 从而有利于材料的力学性能。 SEM 观 察表明, ZnO断裂晶 脚的 存在一 方面 产生 应力集 中, 引发 树