论文摘要
采用简单熔融共混制备了聚苯硫醚/四氧化三铁磁性材料（PPS/Fe3O4）、聚苯硫醚/低熔点金属合金材料（PPS/LMPM）、聚苯硫醚/碳纳米管导电材料（PPS/CNT）以及纳米粘土改性的聚苯硫醚/聚对苯二甲酸丁二酯共混材料（PPS/PBT/clay）,通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、偏光显微镜（POM）、Hakke旋转流变仪、动态热机械分析仪（DTMA）、差示扫描量热仪（DSC）、振动样品磁强计、宽频介电常数测试仪、高阻计等研究了复合材料的微观及介观结构与形态、粘弹行为、结晶行为、导电和磁性能以及力学性能。重点考察了填料的微米或纳米分散形态、介观网络结构以及与基体间的界面粘结对复合材料诸多宏观性能的影响,并利用非线性逾渗理论、结晶的动力学模型、核-壳理论以及乳液模型等描述了聚苯硫醚复合材料的多层次结构与宏观性能间的关系。（1）对于聚苯硫醚/四氧化三铁（PPS/Fe3O4）磁性材料,形态表征的结果表明复合体系中微米级的Fe3O4粒子均匀分布于PPS基体中,这主要是由于Fe3O4粒子和PPS基体间良好的亲合性所致,这也得到了动态流变测试结果的进一步证明。Fe3O4粒子间的相互作用强烈影响复合体系的粘弹行为,大约在40wt%的填充量下Fe3O4粒子能够形成瞬态的流变逾渗网络。与流变逾渗阀值相比,复合体系的导电逾渗阀值略高,这是因为填料粒子必须相互接触才能形成允许电子通过的导电网络,而在动态剪切场中填料粒子无需接触,粒子的浓度只要达到能够摩擦或碰撞即可形成瞬态的流变逾渗网络。然而,类似的逾渗现象在复合体系的磁响应中却观测不到。复合体系的磁性仅随Fe3O4含量地增加而线性增加。虽然两相间存在着强烈的相互作用,但Fe3O4粒子在PPS的结晶过程中并没有起到异相成核作用,反而抑制了PPS的结晶。不过,两相间良好的界面粘结使得复合体系的拉伸和弯曲强度以及冲击强度等力学性能显著提高。（2）对于聚苯硫醚/低熔点金属合金（PPS/LMPM）复合材料,形态表征的结果表明当低熔点金属（LMPM）含量不高时（<30wt%）,LMPM在PPS中相对分散比较均匀,而LMPM含量较高时,则可观测到较为明显的团聚现象。无论LMPM含量高低,复合体系皆表现出双重的瞬态粘弹行为——应力过冲现象类似于聚合物共混体系,而非零的残余应力行为类似于聚合物填充体系。与Fe3O4粒子类似,LMPM仅仅充当了惰性的填料,在基体PPS结晶过程中无异相成核作用,并在一定程度扰乱了结晶的生长,使体系熔点降低;然而与Fe3O4粒子不同的是,PPS结晶温度下LMPM为熔融态液滴,其促流作用反而促进了PPS结晶的动力学过程,使其结晶速率增加。（3）对于聚苯硫醚/碳纳米管（PPS/CNT）导电材料,形态表征的结果表明CNT均匀分散在PPS基体中。CNT的一维纳米结构使其在较低的质量含量下即可达到较高的体积填充率;这有效的限制了基体PPS分子链的松弛行为,从而强烈影响复合体系的粘弹行为,导致复合材料表现出极低的流变及导电逾渗阀值。与Fe3O4粒子和LMPM液滴不同,CNT在复合材料的结晶过程中表现出显著的异相成核作用,不仅增加了PPS基体的结晶度,也提高了结晶的完善性。结晶能力的改善,CNT的一维纳米结构以及与PPS基体间的良好的界面粘结使得CNT在极低的含量下,便可全面提升复合材料的拉伸及抗冲强度。但过多含量的CNT对材料力学性能贡献不大,这也得到了动态力学性能测试的进一步证实。（4）对于纳米粘土改性的聚苯硫醚/聚对苯二甲酸丁二酯（PPS/PBT/clay）共混材料,形态表征的结果证明粘土（clay）以有序的插层结构选择分散在极性较大的PBT连续相中。这种选择性分布使三元复合体系PPS/PBT共混基体不相容的相形态强烈的依赖于粘土含量;随着粘土含量的增加,PPS分散相的相尺寸逐渐增大,相形态由球形逐渐演化为纤维状直至最终变为层状或部分的共连续相。而共混基体这种不相容的层状分散形态具有剪切历史的依赖性。较低的剪切速率易使PPS层状分散形态演化成球形分散形态;而较高的剪切速率会促使PPS球形分散相发生相反转,从而形成共连续的基体相形态。