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PPS/TLCP复合材料结晶和性能研究

张冠星  
【摘要】: 聚苯硫醚(PPS)作为第六大特种工程塑料,具有优良的热稳定性、良好的电绝缘性、耐腐蚀性和自阻燃性,广泛应用于汽车、电子电器和航空航天等各个领域,市场需求量剧增。但由于PPS的分子链是苯环经对位硫原子链接起来的刚性结构,结晶速率较慢,脆性较大,后处理退火时间较长,限制了其应用范围的进一步扩大并间接提高了PPS的加工成本。因此如何在保证不影响材料热性能和强度的同时,显著改善其结晶行为,提高PPS材料冲击韧性的方法将成为PPS改性研究领域努力追求的目标,并对实际生产和应用有着重要的指导意义。 本论文采用熔融共混法制备了两种不同热致性液晶聚合物(TLCP)填充改性PPS复合材料,通过示差扫描量热法(DSC)分析了PPS/TLCP复合材料的非等温结晶动力学机理,以及不同类型TLCP对材料结晶性能的影响,采用偏光显微镜(PLM)和X射线衍射(XRD)观测了复合材料中球晶的大小,利用扫描电镜(SEM)观测了PPS/TLCP复合材料中TLCP的成纤和取向,并考察了复合材料的力学性能。 在此基础上,进一步研究了PPS/TLCP/GF复合材料的非等温结晶动力学机理,以及不同TLCP对PPS/GF材料中结晶性能、球晶大小和基体与玻纤(GF)界面结合等方面的影响,并考察了复合材料的力学性能。 本论文得到的主要研究结果为: 通过DSC分析,在PPS/TLCP体系中,加入少量W-TLCP或S-TLCP,可以显著提高PPS的最大结晶温度和结晶速率;PPS/W-TLCP体系结晶速率比纯样提高了3倍左右,而PPS/S-TLCP体系结晶速率比纯样提高了4-5倍;冷却速率对PPSNM-TLCP体系的结晶度影响较小,而对PPS/S-TLCP体系的结晶度影响较大。 PPS/TLCP体系的PLM测试表明:W-TLCP主要起成核剂的作用,而S-TLCP起促进晶核增长的作用。 从PPS/TLCP体系的SEM和力学性能研究发现:加入2wt%的W-TLCP,可以细化PPS微晶尺寸,同时提高PPS的拉伸和冲击强度。 利用DSC非等温动力学研究PPS/TLCP/GF混杂体系的结晶过程发现:TLCP含量对PPS/TLCP/GF混杂体系结晶过程和结晶度影响很大。加入TLCP后,PPS/GF体系的结晶潜伏期增大。随着W-TLCP含量的增加,体系的结晶潜伏期有所减少;而随着S-TLCP含量的增加,潜伏期略微增加。当TLCP的含量为2wt%时,结晶度较低;而当TLCP的含量达到8wt%时,混杂体系结晶度高达75%以上。 对PPS/TLCP/GF混杂体系的SEM测试发现:W-TLCP使PPS基体与GF间发生界面分离,将极大降低PPS/GF材料的力学性能;而S-TLCP能促进PPS基体与GF间界面粘附,对材料的力学性能有所改善和增强。 要得到力学性能优异的原位混杂复合材料,关键不仅在于TLCP微纤在材料体系中的形成,更重要的是加入TLCP后,基体与纤维之间的界面结合情况。


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