?長短玻纖增強PPS復合材料的性能對比

熱塑性復合材料的樹脂基體涉及通用和特種工程塑料，而PPS是特種工程塑料較為典型的代表，俗稱“塑料黃金”。性能優(yōu)勢包含以下幾方面：優(yōu)異的耐熱性能、良好的力學性能、耐腐蝕、自阻燃性達UL94V–0級。由于PPS具有以上性能優(yōu)勢，且相較于其它高性能熱塑性工程塑料又具有易加工、成本低的特點，因此成為制造復合材料的優(yōu)良樹脂基體。

玻纖PPS加短玻纖（SGF）復合材料具有強度高、耐熱高、阻燃、易加工、成本低等優(yōu)點，在汽車、電子、電氣、機械、儀器、航空、航天、軍事等領(lǐng)域取得了應用。PPS加長玻纖（LGF）復合材料具有高韌性、低翹曲、耐疲勞、良好的制品外觀等優(yōu)點，可用于熱水器的葉輪、泵殼、接頭、閥門、化工泵葉輪與外殼、冷卻水葉輪與外殼、家電零部件等。那么短玻纖（SGF）和長玻纖（LGF）增強PPS的復合材料的性能具體有何差異呢？本文將PPS/SGF（短玻纖）復合材料和PPS/LGF（長玻纖）復合材料的綜合性能進行對比，其中PPS/LGF復合材料采用熔融浸漬工藝制備及PPS/SGF復合材料采用熔融共混雙螺桿造粒工藝制備，采用熔融浸漬工藝的原因在于浸漬模具內(nèi)實現(xiàn)纖維束的浸漬，并且對纖維不造成損傷。最后，通過兩者力學性能的數(shù)據(jù)對比，為應用端科技人員在選擇材料時提供技術(shù)支撐。力學性能分析樹脂基體中增加的增強纖維可形成支撐骨架，當復合材料受到外力作用時，增強纖維可以有效地承擔外界載荷的作用；同時可以通過斷裂、變形等方式吸收能量，提高樹脂的力學性能。下圖分別是不同玻纖含量的PPS/SGF和PPS/LGF復合材料的拉伸性能和彎曲性能。

PPS/SGF和PPS/LGF復合材料的拉伸性能

PPS/SGF和PPS/LGF復合材料的彎曲性能可以看到，提高玻纖的加入量，復合材料的拉伸強度和彎曲強度都逐步地增加。主要原因在于玻纖含量增加時，復合材料中有更多的玻纖承受外力的作用，同時由于玻纖數(shù)量的增加，使得玻纖之間的樹脂基體變薄，更有利于玻纖增強框架的搭建；因此，玻纖含量提升使得復合材料在受到外加載荷情況下，應力更多的由樹脂傳遞至玻纖，有效地提高了復合材料的拉伸和彎曲性能。PPS/LGF復合材料的拉伸和彎曲性能比PPS/SGF復合材料均更高，在玻纖質(zhì)量分數(shù)為30%時，PPS/SGF和PPS/LGF復合材料的拉伸強度分別為110MPa和122MPa；彎曲強度分別為175MPa和208MPa；彎曲彈性模量分別為8GPa和9GPa。PPS/LGF復合材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲彈性模量比PPS/SGF復合材料分別提高了11.0%，18.9%和11.3%。PPS/LGF復合材料中玻纖的長度保留率更高，在同樣玻纖含量條件下，復合材料的抗載荷能力更強，力學性能更佳。下圖為PPS/LGF和PPS/SGF復合材料的缺口沖擊強度和無缺口沖擊強度。

PPS/SGF和PPS/LGF復合材料沖擊性能可見，在玻纖含量較低時，復合材料的沖擊強度降低，主要原因是較低的玻纖含量無法在復合材料中形成較好的應力傳遞網(wǎng)絡，使得玻纖在復合材料受到?jīng)_擊載荷下以缺陷的形式存在，導致復合材料的整體沖擊強度降低。上述缺陷是指玻纖尖端或者裂紋尖端；熱塑性復合材料的失效的誘發(fā)點是玻纖尖端或者裂紋尖端，從此點開始蔓延至復合材料完全被破壞。玻纖質(zhì)含量較少時，復合材料中增加了玻纖尖端，此時由于玻纖尖端引起復合材料斷裂的作用要大于玻纖增強的作用，所以沖擊性能會有一定程度的下降。隨著玻纖含量的增加，復合材料中玻纖可以形成有效的空間網(wǎng)絡，且增強作用大于玻纖尖端的作用，在受到外加載荷作用下更好地將外加載荷傳遞給增強纖維，進而提升復合材料的整體性能，而在PPS/LGF體系中玻纖的長度更長，空間網(wǎng)絡更為密實，增強玻纖承載能力更強，其沖擊強度也更佳。玻纖質(zhì)量分數(shù)為30%時PPS/LGF比PPS/SGF的沖擊強度提高19.4%，從31kJ/m2提升至37kJ/m2，缺口沖擊強度提高54.5%(從7.7kJ/m2提高至11.9kJ/m2)。PPS/SGF和PPS/LGF復合材料熱性能分析下圖為PPS/SGF和PPS/LGF復合材料的熱變形溫度。

PPS/SGF和PPS/LGF復合材料的熱變形溫度結(jié)果顯示，玻纖的引入大幅度地提高復合材料的耐熱性能，其中玻纖質(zhì)量分數(shù)為30%時，PPS/SGF復合材料和PPS/LGF復合材料的熱變形溫度分別達到250℃和275℃，PPS/LGF復合材料的熱變形溫度比PPS/SGF復合材料的高10%。主要原因是玻纖的引入使復合材料內(nèi)部形成增強纖維的網(wǎng)絡骨架，極大地提高復合材料的耐熱性能，PPS/LGF中玻纖尺寸更長，耐熱性能提高優(yōu)勢更加明顯。PPS/SGF和PPS/LGF復合材料斷面分析下圖為PPS/SGF和PPS/LGF復合材料沖擊斷面的SEM照片。

PPS/SGF和PPS/LGF復合材料斷面可見，玻纖在樹脂中較好的分散，隨著玻纖含量的增加，復合材料內(nèi)部增強纖維網(wǎng)絡的構(gòu)建更加完善；這也是復合材料整體力學性能隨著玻纖含量增加而提升的主要原因。對比PPS/SGF和PPS/LGF復合材料，PPS/LGF復合材料中的玻纖保留率更高，這也是PPS/LGF復合材料力學性能更為優(yōu)異的主要原因。綜上，