聚苯硫醚（PPS）/无机复合材料的研制及其纤维基本性能研究

论文摘要

聚苯硫醚（PolyPhenylene Sulfide）纤维由于具有优异的耐热性、耐化学腐蚀性,同时具有良好的阻燃性能,因此具有广泛的应用前景。但由于PPS纺丝温度过高,纺丝成形时结晶速度过快,且结晶度过高,导致纺出的纤维可拉伸性不好,牵伸困难,牵伸后纤维强度不高,达不到应用的要求,从而严重限制了PPS纤维的工业化生产。本文分别选择了两种无机刚性粒子（CaCO3、SiO2）作为改性剂,通过熔融共混的方法制备出PPS/无机复合材料,并系统地研究了复合体系的结晶性能、动态力学性能和流变性能等。通过对复合体系基本性能的研究,选择适当的组分进行熔融纺丝,成功的制备出改性PPS纤维,同时PPS纤维的可纺性得到改善。具体工作包括:1、对CaCO3进行不同的表面修饰,通过SEM、DSC、力学测试研究了不同表面修饰的CaCO3在PPS基体中的分散情况,以及对PPS结晶性能,拉伸韧性的影响,结果表明:CaCO3的加入导致体系结晶速率减小,结晶能力下降。而用钛酸酯偶联剂表面处理的CaCO3分散效果最佳,且对PPS拉伸韧性的改性效果最好。同时通过DMA测试得到,该种CaCO3的添加提高了复合体系的储存模量、损耗模量,并且减缓了体系的应力松弛。2、从改变填料的化学组分,粒径尺寸等角度出发,选用另一种改性剂—纳米SiO2,研究了SiO2对PPS基本性能的影响。通过SEM可以看出,SiO2比较均匀的分散在PPS基体中。通过DSC测试和非等温结晶动力学研究可知,SiO2的添加使得体系的结晶速率提高,但是结晶能力下降,结晶度降低。通过蠕变行为的研究可知,SiO2含量为1%时松弛时间最小,有利于PPS分子链段的运动和大分子间的滑移。通过动态流变测试可知,添加少量的SiO2降低了体系的储能模量和粘度,有利于成形加工;而随着SiO2含量的增加,复合体系的储能模量、损耗模量和粘度都大幅度升高。通过力学性能测试可知,SiO2的加入使该复合体系的拉伸韧性得到提高,且在添加量为5%时最明显。3、将两种复合体系选择适当的配比进行熔融纺丝,研究其可纺性及纤维的基本性能。结果表明:CaCO3的添加降低了PPS的纺丝温度,且纤维的强度有所提高,但断裂功有所下降。而SiO2的添加改善了体系的流动性,使纤维的可纺性得到提高,同时纤维的牵伸性能变好。PPS/SiO2复合纤维的取向度提高,结晶度下降,从而使得纤维的断裂强度、断裂功都得到一定程度的提高,这为PPS纤维的工业化生产提供了很好的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚苯硫醚概述
• 1.1.1 聚苯硫醚的发展历史
• 1.1.2 聚苯硫醚的性能
• 1.1.3 聚苯硫醚改性的目的和意义
• 1.2 无机超微粒子在改性聚合物中的应用
• 1.2.1 无机超微粒子/聚合物复合体系研究进展
• 1.2.2 无机粒子增韧增强聚合物机理研究
• 1.2.3 无机粒子表面处理对改性聚合物效果的影响
• 1.2.4 无机粒子在改性聚苯硫醚中的应用
• 1.3 国内外聚苯硫醚纤维的现状
• 1.4 本课题的提出和研究内容
• 1.4.1 本课题的提出
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 3复合体系基本性能的研究'>第二章 PPS/CaCO₃复合体系基本性能的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 制样与测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外吸收光谱分析
• 3在基体中的分散性研究'>2.3.2 不同表面处理的CaCO₃在基体中的分散性研究
• 3对PPS冷结晶温度的影响'>2.3.3 不同表面处理的CaCO₃对PPS冷结晶温度的影响
• 3对复合材料结晶速率结晶能力的影响'>2.3.4 不同表面处理的CaCO₃对复合材料结晶速率结晶能力的影响
• 3对PPS拉伸性能的影响'>2.3.5 不同表面处理的CaCO₃对PPS拉伸性能的影响
• 2.3.6 PPS/Ca-Ti复合材料的动态力学性能研究
• 2.4 本章小结
• 2复合体系基本性能的研究'>第三章 PPS/纳米SiO₂复合体系基本性能的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 制样与测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 2在基体中的分散性研究'>3.3.1 SiO₂在基体中的分散性研究
• 2复合材料熔融结晶行为研究'>3.3.2 PPS/SiO₂复合材料熔融结晶行为研究
• 3.3.3 非等温结晶动力学分析
• 2复合材料的拉伸性能分析'>3.3.4 PPS/SiO₂复合材料的拉伸性能分析
• 3.3.5 应力损耗研究
• 3.3.6 蠕变性能的研究
• 2含量对复合体系流变性能研究'>3.3.7 SiO₂含量对复合体系流变性能研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 PPS复合材料纤维成形与表征
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 仪器与装置
• 4.2.3 样品制备与测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 改性PPS纤维可纺性研究
• 4.3.2 改性PPS纤维牵伸性研究
• 4.3.3 纤维的取向度研究
• 4.3.4 纤维的力学性能
• 4.3.5 添加剂对纤维结晶性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文和专利
• 致谢