增韧剂对玻纤增强聚亚苯基砜复合材料性能的影响

  • 发布:2019/6/27 9:34:08
  • 来源:工程塑料应用

聚芳醚砜是一类化学结构中含有砜基的芳香族非晶态聚合物,是特种工程塑料中的重要品种。目前,已经商业化的聚芳醚砜主要有三个品种,即双酚A型聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)和聚亚苯基砜(PPSU)。聚芳醚砜具有优异的力学性能、介电性能、耐热性、阻燃性、耐蠕变性和化学稳定性,己经在电子电气、汽车、医疗卫生和家用食品等领域内获得广泛应用。与PSU和PES相比,PPSU最突出的特性是其具有更好的耐冲击性能,同时耐水煮和蒸汽反复消毒,因此PPSU也被广泛应用于婴儿奶瓶、食品容器等领域。

对于PPSU的改性材料,目前的研究主要集中在填充改性和合金化两个方面。卞军等通过溶液共混法制备了PPSU/石墨烯纳米复合材料,并发现加入少量的石墨烯便可以显著提升PPSU的力学性能和导电性。张贺系统地研究了PPSU/聚苯硫醚合金的性能,研究显示,聚苯硫醚的引入可以显著改善合金的耐溶剂性和吸水性,同时PPSU良好的力学性能改善了聚苯硫醚耐冲击性能差的特点。

在实际应用过程中,使用玻璃纤维(GF)增强的方式是目前改性聚芳醚砜产品最常使用的方法。对于纯树脂材料,PSU和PES的悬臂梁缺口冲击强度分别为5.5 kJ/m2和7.5 kJ/m2,而PPSU的缺口冲击强度可以达到55 kJ/m2;纯PPSU树脂表现出优异的冲击韧性。然而,以30% GF增强的产品为例,PPSU/GF复合材料的悬臂梁缺口冲击强度与PSU/GF和PES/GF复合材料接近,均在7~9 kJ/m2。在GF改性复合材料中,PPSU优异的冲击性能难以体现,这与GF和PPSU基体之间的界面结合作用有关。遗憾的是,有关GF增强PPSU材料的研究报道较少,其增韧方法也没有明确的研究工作涉及。因此,为了研究PPSU/GF复合材料韧性的提升方法以及提升GF与PPSU基体之间的界面结合作用,笔者通过熔融共混的方式在GF增强PPSU复合材料中引入耐高温的马来酸酐接枝乙烯–丙烯酸丁酯共聚物(EBA-g-MAH)增韧剂(热分解温度>400℃),以期改善材料的力学性能。研究结果显示,增韧剂可以显著提升GF增强PPSU复合材料的缺口冲击强度,同时改善GF与基体之间的界面性能。这一方法也为进一步改善GF增强聚芳醚砜复合材料的性能,拓宽材料的应用提供了新的思路。

1、实验用的主要原材料

PPSU:Visulfon B002 NC001,金发科技股份有限公司;

短切GF:直径13 μm,重庆国际复合材料有限公司;

EBA-g-MAH:1400MN,德国路可比公司。

2、样品制备

将PPSU树脂按比例和增韧剂EBA-g-MAH预先在高速混合机中均匀混合,混合料和质量分数30%的短切GF在双螺杆挤出机中熔融共混,经水槽冷却后造粒,得到GF增强PPSU复合材料颗粒(复合材料的配比组成以PPSU/GF/Ta表示,分别代表PPSU基体树脂、GF和增韧剂的含量)。其中,挤出螺杆转速为300 r/min,加工温度为300~360℃。颗粒料经过注塑机在330~360℃依据ISO标准注塑成样条用于力学性能测试。

3、材料性能汇总

通过制备增韧剂含量分别为0%,5%,10%,15%和20%的GF增强PPSU复合材料,系统地研究了增韧剂对材料性能的影响,结论如下:

(1)随着增韧剂含量的增加,复合材料的强度、弹性弹性模量和密度明显降低;当增韧剂含量为5%时,可以有效提升材料的挠度;当增韧剂含量为20%时,材料的缺口冲击强度提升67%,韧性明显提升。

(2)与未添加增韧剂的复合材料相比,增韧剂的引入会造成复合材料的初始分解温度降低;增韧剂含量为20%时,复合材料的初始热分解温度由541℃降低至455℃,材料的热稳定性下降。

(3)随着增韧剂含量的增加,GF与基体之间的界面结合作用增强,材料的破坏方式发生变化,韧性提升。

(4)在相同加工工艺条件下,与未添加增韧剂的复合材料相比,添加增韧剂可以有效提升体系中GF的保留长度;增韧剂含量为20%时,GF的数均保留长度由370 μm提升至510 μm,但是GF的分布更加分散。

关键词:

增韧剂,玻纤增强聚亚苯基砜复合材料

[责任编辑:张赞丽]

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