熱(re)(re)塑(su)(su)性(xing)(xing)復合材料的(de)樹脂基(ji)體(ti)涉及通用和特種(zhong)工(gong)程(cheng)塑(su)(su)料，而PPS是特種(zhong)工(gong)程(cheng)塑(su)(su)料較(jiao)為典型的(de)代表，俗(su)稱(cheng)塑(su)(su)料黃金。性(xing)(xing)能優(you)勢包(bao)含以(yi)下幾方(fang)面：優(you)異的(de)耐熱(re)(re)性(xing)(xing)能、良好(hao)的(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能、耐腐蝕、自阻燃性(xing)(xing)達(da)UL94 V–0級(ji)。由(you)于PPS具有以(yi)上性(xing)(xing)能優(you)勢，且相(xiang)較(jiao)于其它高性(xing)(xing)能熱(re)(re)塑(su)(su)性(xing)(xing)工(gong)程(cheng)塑(su)(su)料又具有易加(jia)工(gong)、成本(ben)低的(de)特點，因此成為制(zhi)造復合材料的(de)優(you)良樹脂基(ji)體(ti)。
PPS加(jia)(jia)短玻(bo)纖(xian)（SGF）復合(he)材料具有強(qiang)度高(gao)、耐熱高(gao)、阻燃、易加(jia)(jia)工、成本低等(deng)優點(dian)，在(zai)汽車(che)、電(dian)子、電(dian)氣、機械、儀器、航空、航天(tian)、軍(jun)事等(deng)領域取得(de)了應用(yong)。
PPS加長玻纖（LGF）復合(he)材料(liao)具有高韌(ren)性(xing)、低翹曲、耐疲勞、良好的制品外觀等(deng)優點(dian)，可用于熱(re)水(shui)器的葉(xie)輪(lun)、泵殼、接頭、閥(fa)門(men)、化(hua)工泵葉(xie)輪(lun)與外殼、冷(leng)卻水(shui)葉(xie)輪(lun)與外殼、家電零部件等(deng)。
那(nei)么短玻纖（SGF）和長玻纖（LGF）增強(qiang)PPS的復合材料(liao)的性能具(ju)體有何差異呢？
本文將PPS/SGF（短玻纖(xian)）復合材料(liao)(liao)和PPS/LGF（長玻纖(xian)）復合材料(liao)(liao)的綜合性(xing)能進行對比，其中(zhong)PPS/LGF復合材料(liao)(liao)采用(yong)熔融(rong)浸(jin)漬(zi)工(gong)藝制備及PPS/SGF復合材料(liao)(liao)采用(yong)熔融(rong)共混雙螺桿造(zao)(zao)粒工(gong)藝制備，采用(yong)熔融(rong)浸(jin)漬(zi)工(gong)藝的原因在于浸(jin)漬(zi)模具內實現纖(xian)維(wei)束(shu)的浸(jin)漬(zi)，并(bing)且(qie)對纖(xian)維(wei)不造(zao)(zao)成損(sun)傷。最后，通過兩(liang)者(zhe)力學性(xing)能的數據對比，為應(ying)用(yong)端科技人員在選擇材料(liao)(liao)時(shi)提供技術支撐。
力學性能分析
樹脂(zhi)基體中增加的(de)(de)增強纖維(wei)可形成(cheng)支(zhi)撐骨架，當復(fu)合材(cai)料受到外(wai)力作(zuo)用時(shi)，增強纖維(wei)可以(yi)有效地承擔外(wai)界(jie)載荷的(de)(de)作(zuo)用；同時(shi)可以(yi)通(tong)過(guo)斷裂、變形等方式吸(xi)收能(neng)量，提高樹脂(zhi)的(de)(de)力學性能(neng)。
可(ke)以看到，提高(gao)玻(bo)纖(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)，復(fu)合(he)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉(la)伸強(qiang)度和彎(wan)曲強(qiang)度都逐步地增(zeng)加(jia)。主要原(yuan)因(yin)(yin)在(zai)于(yu)玻(bo)纖(xian)含量(liang)增(zeng)加(jia)時，復(fu)合(he)材料中有(you)更(geng)(geng)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)纖(xian)承受(shou)外力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，同時由(you)于(yu)玻(bo)纖(xian)數量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，使得玻(bo)纖(xian)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)樹脂基體變(bian)薄，更(geng)(geng)有(you)利(li)于(yu)玻(bo)纖(xian)增(zeng)強(qiang)框架的(de)(de)(de)(de)(de)(de)搭建；因(yin)(yin)此，玻(bo)纖(xian)含量(liang)提升使得復(fu)合(he)材料在(zai)受(shou)到外加(jia)載(zai)荷情況下，應(ying)力更(geng)(geng)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)由(you)樹脂傳(chuan)遞至玻(bo)纖(xian)，有(you)效地提高(gao)了復(fu)合(he)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉(la)伸和彎(wan)曲性能(neng)。
PPS/LGF復(fu)(fu)合(he)材料(liao)的拉(la)伸和(he)(he)彎(wan)曲性(xing)能(neng)比(bi)PPS/SGF復(fu)(fu)合(he)材料(liao)均更高，在玻纖質量(liang)分數為30%時，PPS/SGF和(he)(he)PPS/LGF復(fu)(fu)合(he)材料(liao)的拉(la)伸強度分別為110MPa和(he)(he)122MPa；彎(wan)曲強度分別為175MPa和(he)(he)208MPa；彎(wan)曲彈性(xing)模量(liang)分別為8GPa和(he)(he)9GPa。
PPS/LGF復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料的拉伸強(qiang)度(du)、彎曲強(qiang)度(du)和(he)彎曲彈性(xing)模量比PPS/SGF復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料分別提高(gao)了11.0%，18.9%和(he)11.3%。PPS/LGF復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料中玻纖的長度(du)保留率更(geng)高(gao)，在同樣玻纖含量條件下，復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料的抗載(zai)荷能力(li)更(geng)強(qiang)，力(li)學(xue)性(xing)能更(geng)佳。
可見，在(zai)玻纖含(han)量較低(di)時，復(fu)合(he)材料的沖(chong)(chong)擊強(qiang)度降低(di)，主要(yao)原因是較低(di)的玻纖含(han)量無法在(zai)復(fu)合(he)材料中形(xing)成較好的應力傳遞網絡，使得玻纖在(zai)復(fu)合(he)材料受(shou)到沖(chong)(chong)擊載荷下以缺陷的形(xing)式存在(zai)，導致(zhi)復(fu)合(he)材料的整體沖(chong)(chong)擊強(qiang)度降低(di)。
上述(shu)缺陷是指玻(bo)(bo)纖(xian)(xian)(xian)尖(jian)(jian)(jian)端或者裂(lie)紋尖(jian)(jian)(jian)端；熱塑(su)性(xing)復(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)的(de)失(shi)效的(de)誘(you)發點(dian)是玻(bo)(bo)纖(xian)(xian)(xian)尖(jian)(jian)(jian)端或者裂(lie)紋尖(jian)(jian)(jian)端，從此(ci)點(dian)開始(shi)蔓延(yan)至復(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)完(wan)全被破(po)壞。玻(bo)(bo)纖(xian)(xian)(xian)質含量較少(shao)時(shi)(shi)，復(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)中增加了(le)玻(bo)(bo)纖(xian)(xian)(xian)尖(jian)(jian)(jian)端，此(ci)時(shi)(shi)由(you)于玻(bo)(bo)纖(xian)(xian)(xian)尖(jian)(jian)(jian)端引起(qi)復(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)斷裂(lie)的(de)作用要大于玻(bo)(bo)纖(xian)(xian)(xian)增強的(de)作用，所(suo)以沖擊性(xing)能會有一定程度的(de)下降。
隨著玻(bo)纖含量的增(zeng)加，復(fu)合材料(liao)中玻(bo)纖可以(yi)形成有(you)效(xiao)的空(kong)間網(wang)絡(luo)，且增(zeng)強(qiang)(qiang)作用(yong)大(da)于玻(bo)纖尖(jian)端的作用(yong)，在(zai)(zai)受到外(wai)加載(zai)荷(he)作用(yong)下(xia)更好地將外(wai)加載(zai)荷(he)傳遞(di)給增(zeng)強(qiang)(qiang)纖維，進而提(ti)升復(fu)合材料(liao)的整體性(xing)能，而在(zai)(zai)PPS/LGF體系中玻(bo)纖的長度(du)(du)更長，空(kong)間網(wang)絡(luo)更為密實，增(zeng)強(qiang)(qiang)玻(bo)纖承(cheng)載(zai)能力更強(qiang)(qiang)，其(qi)沖(chong)擊強(qiang)(qiang)度(du)(du)也更佳。玻(bo)纖質量分數(shu)為30%時PPS/LGF比PPS/SGF的沖(chong)擊強(qiang)(qiang)度(du)(du)提(ti)高(gao)19.4%，從31kJ/m2提(ti)升至37kJ/m2，缺(que)口沖(chong)擊強(qiang)(qiang)度(du)(du)提(ti)高(gao)54.5%(從7.7kJ/m2提(ti)高(gao)至11.9kJ/m2)。
PPS/SGF和PPS/LGF復合材料熱性能分析(xi)
結果(guo)顯(xian)示，玻(bo)纖(xian)的(de)(de)(de)(de)引入大幅度(du)地提(ti)高復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)熱(re)性能(neng)(neng)，其中(zhong)玻(bo)纖(xian)質量分數為(wei)30%時，PPS/SGF復(fu)合(he)材料(liao)和(he)PPS/LGF復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)變形溫度(du)分別達(da)到250℃和(he)275℃，PPS/LGF復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)變形溫度(du)比PPS/SGF復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)高10%。主要原因是玻(bo)纖(xian)的(de)(de)(de)(de)引入使(shi)復(fu)合(he)材料(liao)內部形成增強(qiang)纖(xian)維的(de)(de)(de)(de)網絡骨架(jia)，極大地提(ti)高復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)熱(re)性能(neng)(neng)，PPS/LGF中(zhong)玻(bo)纖(xian)尺寸更長(chang)，耐(nai)(nai)熱(re)性能(neng)(neng)提(ti)高優(you)勢更加明顯(xian)。
PPS/SGF和PPS/LGF復合材料斷面分析
可見(jian)，玻(bo)纖(xian)(xian)(xian)在(zai)樹脂中(zhong)較好(hao)的(de)分散，隨著玻(bo)纖(xian)(xian)(xian)含量(liang)的(de)增(zeng)(zeng)加(jia)，復(fu)合(he)材(cai)料內部增(zeng)(zeng)強纖(xian)(xian)(xian)維網絡的(de)構建更加(jia)完善(shan)；這(zhe)也是(shi)復(fu)合(he)材(cai)料整體力學性能隨著玻(bo)纖(xian)(xian)(xian)含量(liang)增(zeng)(zeng)加(jia)而(er)提升(sheng)的(de)主(zhu)要(yao)原因(yin)。對比PPS/SGF和PPS/LGF復(fu)合(he)材(cai)料，PPS/LGF復(fu)合(he)材(cai)料中(zhong)的(de)玻(bo)纖(xian)(xian)(xian)保留率更高，這(zhe)也是(shi)PPS/LGF復(fu)合(he)材(cai)料力學性能更為優異的(de)主(zhu)要(yao)原因(yin)。
綜上(shang)，PPS/LGF復(fu)(fu)合材料(liao)的(de)拉伸強(qiang)度、彎曲強(qiang)度、彎曲彈性模量、缺口沖(chong)擊強(qiang)度和無缺口沖(chong)擊強(qiang)度比PPS/SGF復(fu)(fu)合材料(liao)均有提升。30%玻纖(xian)增強(qiang)的(de)PPS/SGF復(fu)(fu)合材料(liao)的(de)熱變(bian)形溫度達到250℃，PPS/LGF復(fu)(fu)合材料(liao)的(de)熱變(bian)形溫度達到275℃。
(文(wen)章(zhang)來源：艾邦高分子)