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    增韌劑對玻纖增強聚亞苯基砜復合材料性能的影響

    放大字體  縮小字體 發布日期:2019-07-03  來源:工程塑料應用  瀏覽次數:184
    核心提示:聚芳醚砜是一類化學結構中含有砜基的芳香族非晶態聚合物,是特種工程塑料中的重要品種。目前,已經商業化的聚芳醚砜主要有三個
           聚芳醚砜是一類化學結構中含有砜基的芳香族非晶態聚合物,是特種工程塑料中的重要品種。目前,已經商業化的聚芳醚砜主要有三個品種,即雙酚A型聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)和聚亞苯基砜(PPSU)。聚芳醚砜具有優異的力學性能、介電性能、耐熱性、阻燃性、耐蠕變性和化學穩定性,己經在電子電氣、汽車、醫療衛生和家用食品等領域內獲得廣泛應用。與PSU和PES相比,PPSU最突出的特性是其具有更好的耐沖擊性能,同時耐水煮和蒸汽反復消毒,因此PPSU也被廣泛應用于嬰兒奶瓶、食品容器等領域。
     
           對于PPSU的改性材料,目前的研究主要集中在填充改性和合金化兩個方面。卞軍等通過溶液共混法制備了PPSU/石墨烯納米復合材料,并發現加入少量的石墨烯便可以顯著提升PPSU的力學性能和導電性。張賀系統地研究了PPSU/聚苯硫醚合金的性能,研究顯示,聚苯硫醚的引入可以顯著改善合金的耐溶劑性和吸水性,同時PPSU良好的力學性能改善了聚苯硫醚耐沖擊性能差的特點。
     
           在實際應用過程中,使用玻璃纖維(GF)增強的方式是目前改性聚芳醚砜產品最常使用的方法。對于純樹脂材料,PSU和PES的懸臂梁缺口沖擊強度分別為5.5 kJ/m2和7.5 kJ/m2,而PPSU的缺口沖擊強度可以達到55 kJ/m2;純PPSU樹脂表現出優異的沖擊韌性。然而,以30% GF增強的產品為例,PPSU/GF復合材料的懸臂梁缺口沖擊強度與PSU/GF和PES/GF復合材料接近,均在7~9 kJ/m2。在GF改性復合材料中,PPSU優異的沖擊性能難以體現,這與GF和PPSU基體之間的界面結合作用有關。遺憾的是,有關GF增強PPSU材料的研究報道較少,其增韌方法也沒有明確的研究工作涉及。因此,為了研究PPSU/GF復合材料韌性的提升方法以及提升GF與PPSU基體之間的界面結合作用,筆者通過熔融共混的方式在GF增強PPSU復合材料中引入耐高溫的馬來酸酐接枝乙烯–丙烯酸丁酯共聚物(EBA-g-MAH)增韌劑(熱分解溫度>400℃),以期改善材料的力學性能。研究結果顯示,增韌劑可以顯著提升GF增強PPSU復合材料的缺口沖擊強度,同時改善GF與基體之間的界面性能。這一方法也為進一步改善GF增強聚芳醚砜復合材料的性能,拓寬材料的應用提供了新的思路。
     
    1、實驗用的主要原材料
     
    PPSU:Visulfon B002 NC001,金發科技股份有限公司;
     
    短切GF:直徑13 μm,重慶國際復合材料有限公司;
     
    EBA-g-MAH:1400MN,德國路可比公司。
     
    2、樣品制備
     
    將PPSU樹脂按比例和增韌劑EBA-g-MAH預先在高速混合機中均勻混合,混合料和質量分數30%的短切GF在雙螺桿擠出機中熔融共混,經水槽冷卻后造粒,得到GF增強PPSU復合材料顆粒(復合材料的配比組成以PPSU/GF/Ta表示,分別代表PPSU基體樹脂、GF和增韌劑的含量)。其中,擠出螺桿轉速為300 r/min,加工溫度為300~360℃。顆粒料經過注塑機在330~360℃依據ISO標準注塑成樣條用于力學性能測試。
     
    3、材料性能匯總
     
    通過制備增韌劑含量分別為0%,5%,10%,15%和20%的GF增強PPSU復合材料,系統地研究了增韌劑對材料性能的影響,結論如下:
     
    (1)隨著增韌劑含量的增加,復合材料的強度、彈性彈性模量和密度明顯降低;當增韌劑含量為5%時,可以有效提升材料的撓度;當增韌劑含量為20%時,材料的缺口沖擊強度提升67%,韌性明顯提升。
     
    (2)與未添加增韌劑的復合材料相比,增韌劑的引入會造成復合材料的初始分解溫度降低;增韌劑含量為20%時,復合材料的初始熱分解溫度由541℃降低至455℃,材料的熱穩定性下降。
     
    (3)隨著增韌劑含量的增加,GF與基體之間的界面結合作用增強,材料的破壞方式發生變化,韌性提升。
     
    (4)在相同加工工藝條件下,與未添加增韌劑的復合材料相比,添加增韌劑可以有效提升體系中GF的保留長度;增韌劑含量為20%時,GF的數均保留長度由370 μm提升至510 μm,但是GF的分布更加分散。
     
     
    關鍵詞: 復合材料
     
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