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增韌劑對玻纖增強(qiáng)聚亞苯基砜復(fù)合材料性能的影響
????????聚芳醚砜是一類化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有砜基的芳香族非晶態(tài)聚合物，是特種工程塑料中的重要品種。目前，已經(jīng)商業(yè)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(yōu)異的力學(xué)性能、介電性能、耐熱性、阻燃性、耐蠕變性和化學(xué)穩(wěn)定性，己經(jīng)在電子電氣、汽車、醫(yī)療衛(wèi)生和家用食品等領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)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(fù)消毒，因此PPSU也被廣泛應(yīng)用于嬰兒奶瓶、食品容器等領(lǐng)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(fù)合材料，并發(fā)現(xiàn)加入少量的石墨烯便可以顯著提升PPSU的力學(xué)性能和導(dǎo)電性。張賀系統(tǒng)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(xué)性能改善了聚苯硫醚耐沖擊性能差的特點。
????????在實際應(yīng)用過程中，使用玻璃纖維(GF)增強(qiáng)的方式是目前改性聚芳醚砜產(chǎn)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(qiáng)度分別為5.5?kJ/m2和7.5?kJ/m2，而PPSU的缺口沖擊強(qiáng)度可以達(dá)到55?kJ/m2;純PPSU樹脂表現(xiàn)出優(yōu)異的沖擊韌性。然而，以30% GF增強(qiáng)的產(chǎn)品為例，PPSU/GF復(fù)合材料的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度與PSU/GF和PES/GF復(fù)合材料接近，均在7～9?kJ/m2。在GF改性復(fù)合材料中，PPSU優(yōu)異的沖擊性能難以體現(xiàn)，這與GF和PPSU基體之間的界面結(jié)合作用有關(guān)。遺憾的是，有關(guān)GF增強(qiáng)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(fù)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(jié)合作用，筆者通過熔融共混的方式在GF增強(qiáng)PPSU復(fù)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(xué)性能。研究結(jié)果顯示，增韌劑可以顯著提升GF增強(qiáng)PPSU復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度，同時改善GF與基體之間的界面性能。這一方法也為進(jìn)一步改善GF增強(qiáng)聚芳醚砜復(fù)合材料的性能，拓寬材料的應(yīng)用提供了新的思路。
????????1、實驗用的主要原材料
????????PPSU：Visulfon B002 NC001，金發(fā)科技股份有限公司;
????????短切GF：直徑13?μm，重慶國際復(fù)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(yù)先在高速混合機(jī)中均勻混合，混合料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的短切GF在雙螺桿擠出機(jī)中熔融共混，經(jīng)水槽冷卻后造粒，得到GF增強(qiáng)PPSU復(fù)合材料顆粒(復(fù)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(zhuǎn)速為300?r/min，加工溫度為300～360℃。顆粒料經(jīng)過注塑機(jī)在330~360℃依據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)注塑成樣條用于力學(xué)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(qiáng)PPSU復(fù)合材料，系統(tǒng)地研究了增韌劑對材料性能的影響，結(jié)論如下：
????????(1)隨著增韌劑含量的增加，復(fù)合材料的強(qiáng)度、彈性彈性模量和密度明顯降低;當(dāng)增韌劑含量為5%時，可以有效提升材料的撓度;當(dāng)增韌劑含量為20%時，材料的缺口沖擊強(qiáng)度提升67%，韌性明顯提升。
????????(2)與未添加增韌劑的復(fù)合材料相比，增韌劑的引入會造成復(fù)合材料的初始分解溫度降低;增韌劑含量為20%時，復(fù)合材料的初始熱分解溫度由541℃降低至455℃，材料的熱穩(wěn)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(jié)合作用增強(qiáng)，材料的破壞方式發(fā)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(fù)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(shù)均保留長度由370?μm提升至510?μm，但是GF的分布更加分散。
