工程塑料应用

聚芳醚砜是一类化学结构中含有砜基的芳香族非晶态聚合物，是特种工程塑料中的重要品种。目前，已经商业化的聚芳醚砜主要有三个品种，即双酚A型聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)和聚亚苯基砜(PPSU)。聚芳醚砜具有优异的力学性能、介电性能、耐热性、阻燃性、耐蠕变性和化学稳定性，己经在电子电气、汽车、医疗卫生和家用食品等领域内获得广泛应用。与PSU和PES相比，PPSU最突出的特性是其具有更好的耐冲击性能，同时耐水煮和蒸汽反复消毒，因此PPSU也被广泛应用于婴儿奶瓶、食品容器等领域。

对于PPSU的改性材料，目前的研究主要集中在填充改性和合金化两个方面。卞军等通过溶液共混法制备了PPSU/石墨烯纳米复合材料，并发现加入少量的石墨烯便可以显著提升PPSU的力学性能和导电性。张贺系统地研究了PPSU/聚苯硫醚合金的性能，研究显示，聚苯硫醚的引入可以显著改善合金的耐溶剂性和吸水性，同时PPSU良好的力学性能改善了聚苯硫醚耐冲击性能差的特点。

在实际应用过程中，使用玻璃纤维(GF)增强的方式是目前改性聚芳醚砜产品最常使用的方法。对于纯树脂材料，PSU和PES的悬臂梁缺口冲击强度分别为5.5 kJ/m2和7.5 kJ/m2，而PPSU的缺口冲击强度可以达到55 kJ/m2;纯PPSU树脂表现出优异的冲击韧性。然而，以30%GF增强的产品为例，PPSU/GF复合材料的悬臂梁缺口冲击强度与PSU/GF和PES/GF复合材料接近，均在7～9 kJ/m2。在GF改性复合材料中，PPSU优异的冲击性能难以体现，这与GF和PPSU基体之间的界面结合作用有关。遗憾的是，有关GF增强PPSU材料的研究报道较少，其增韧方法也没有明确的研究工作涉及。因此，为了研究PPSU/GF复合材料韧性的提升方法以及提升GF与PPSU基体之间的界面结合作用，笔者通过熔融共混的方式在GF增强PPSU复合材料中引入耐高温的马来酸酐接枝乙烯–丙烯酸丁酯共聚物(EBA-g-MAH)增韧剂(热分解温度>400℃)，以期改善材料的力学性能。研究结果显示，增韧剂可以显著提升GF增强PPSU复合材料的缺口冲击强度，同时改善GF与基体之间的界面性能。这一方法也为进一步改善GF增强聚芳醚砜复合材料的性能，拓宽材料的应用提供了新的思路。

1、实验用的主要原材料

PPSU：Visulfon B002 NC001，金发科技股份有限公司;

短切GF：直径13 μm，重庆国际复合材料有限公司;

EBA-g-MAH：1400MN，德国路可比公司。

2、样品制备

将PPSU树脂按比例和增韧剂EBA-g-MAH预先在高速混合机中均匀混合，混合料和质量分数30%的短切GF在双螺杆挤出机中熔融共混，经水槽冷却后造粒，得到GF增强PPSU复合材料颗粒(复合材料的配比组成以PPSU/GF/Ta表示，分别代表PPSU基体树脂、GF和增韧剂的含量)。其中，挤出螺杆转速为300 r/min，加工温度为300～360℃。颗粒料经过注塑机在330~360℃依据ISO标准注塑成样条用于力学性能测试。

3、材料性能汇总

通过制备增韧剂含量分别为0%，5%，10%，15%和20%的GF增强PPSU复合材料，系统地研究了增韧剂对材料性能的影响，结论如下：

(1)随着增韧剂含量的增加，复合材料的强度、弹性弹性模量和密度明显降低;当增韧剂含量为5%时，可以有效提升材料的挠度;当增韧剂含量为20%时，材料的缺口冲击强度提升67%，韧性明显提升。

(2)与未添加增韧剂的复合材料相比，增韧剂的引入会造成复合材料的初始分解温度降低;增韧剂含量为20%时，复合材料的初始热分解温度由541℃降低至455℃，材料的热稳定性下降。

(3)随着增韧剂含量的增加，GF与基体之间的界面结合作用增强，材料的破坏方式发生变化，韧性提升。

(4)在相同加工工艺条件下，与未添加增韧剂的复合材料相比，添加增韧剂可以有效提升体系中GF的保留长度;增韧剂含量为20%时，GF的数均保留长度由370 μm提升至510 μm，但是GF的分布更加分散。