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聚苯硫醚（PPS）/无机复合材料的研制及其纤维基本性能研究

作　者: 欧阳芬
导　师: 张瑜
学　校: 东华大学
专　业: 材料学
关键词: 聚苯硫醚 CaCO3 SiO2 复合材料 纺丝
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 聚苯硫醚概述  12-14
    1.1.1 聚苯硫醚的发展历史  12
    1.1.2 聚苯硫醚的性能  12-13
    1.1.3 聚苯硫醚改性的目的和意义  13-14
  1.2 无机超微粒子在改性聚合物中的应用  14-19
    1.2.1 无机超微粒子/聚合物复合体系研究进展  14-16
    1.2.2 无机粒子增韧增强聚合物机理研究  16-17
    1.2.3 无机粒子表面处理对改性聚合物效果的影响  17-18
    1.2.4 无机粒子在改性聚苯硫醚中的应用  18-19
  1.3 国内外聚苯硫醚纤维的现状  19-21
  1.4 本课题的提出和研究内容  21-23
    1.4.1 本课题的提出  21-22
    1.4.2 本课题的研究内容  22-23
第二章 PPS/CaCO_3复合体系基本性能的研究  23-42
  2.1 前言  23-24
  2.2 实验  24-27
    2.2.1 实验原料  24
    2.2.2 实验仪器  24
    2.2.3 制样与测试方法  24-27
  2.3 结果与讨论  27-41
    2.3.1 红外吸收光谱分析  27-28
    2.3.2 不同表面处理的CaCO_3在基体中的分散性研究  28-29
    2.3.3 不同表面处理的CaCO_3对PPS冷结晶温度的影响  29-32
    2.3.4 不同表面处理的CaCO_3对复合材料结晶速率结晶能力的影响  32-36
    2.3.5 不同表面处理的CaCO_3对PPS拉伸性能的影响  36-38
    2.3.6 PPS/Ca-Ti复合材料的动态力学性能研究  38-41
  2.4 本章小结  41-42
第三章 PPS/纳米SiO_2复合体系基本性能的研究  42-64
  3.1 前言  42
  3.2 实验部分  42-44
    3.2.1 实验原料  42
    3.2.2 实验仪器  42-43
    3.2.3 制样与测试方法  43-44
  3.3 结果与讨论  44-62
    3.3.1 SiO_2在基体中的分散性研究  44-45
    3.3.2 PPS/SiO_2复合材料熔融结晶行为研究  45-47
    3.3.3 非等温结晶动力学分析  47-52
    3.3.4 PPS/SiO_2复合材料的拉伸性能分析  52-53
    3.3.5 应力损耗研究  53-54
    3.3.6 蠕变性能的研究  54-59
    3.3.7 SiO_2含量对复合体系流变性能研究  59-62
  3.4 本章小结  62-64
第四章 PPS复合材料纤维成形与表征  64-74
  4.1 前言  64
  4.2 实验部分  64-67
    4.2.1 原料  64
    4.2.2 仪器与装置  64-65
    4.2.3 样品制备与测试方法  65-67
  4.3 结果与讨论  67-73
    4.3.1 改性PPS纤维可纺性研究  67
    4.3.2 改性PPS纤维牵伸性研究  67-68
    4.3.3 纤维的取向度研究  68-70
    4.3.4 纤维的力学性能  70-71
    4.3.5 添加剂对纤维结晶性能的影响  71-73
  4.4 本章小结  73-74
第五章 全文总结  74-76
参考文献  76-79
硕士期间发表论文和专利  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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