含二氮雜萘酮結構聚醚砜酮共混及填充改性.pdf

1、含二氮雜萘酮結構聚醚砜酮樹脂(PPESK)是一類新型高性能工程塑料，既耐高溫又可溶解，綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)耐高溫樹脂，性價比高，是制備高性能樹脂基復合材料的理想基體選材，具有很好的應用前景。但其熔體粘度高，熱成型加工較難，限制了其更廣泛的應用，急需適當改性。本論文采用熔融擠出的方式對PPESK進行共混改性，系統(tǒng)研究了改性后材料的結構與性能的內(nèi)在聯(lián)系。并在此基礎上，又用固體潤滑劑對改性后PPESK進行填充改性，制備了PPESK樹脂基自潤滑復合

2、材料，重點考察了復合材料的機械性能和摩擦磨損性能。 采用雙酚A型聚砜(PSF)對PPESK進行熔融共混改性，對不同含量共混物的結構和主要性能進行了系統(tǒng)研究。采用溶解度參數(shù)、差示掃描量熱法(DSC)、界面張力、傅立葉紅外(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)等方法和手段對該共混體系的相行為進行了研究。PSF與PPESK的溶解度參數(shù)差值較小，僅為0.25(J/m1)1/2，預示二者有較好的相容能力。所研究組分在其組成范圍內(nèi)，相對于兩個均

3、聚物，共混物有2個向中間靠攏的玻璃化轉變溫度，表明為部分相容體系。由接觸角測試結果計算得到PSF、PPESK表面張力進而求得二者的界面張力V12為0.86 mN-m-1，粘附強度為69.33 mN·m-1，表明相界面間有較高粘合力。從SEM微觀斷面形貌圖中觀察到共混物相界面較模糊，兩相間結合較好。在此基礎上，對共混物的流變、力學和耐熱性能進行了系統(tǒng)研究。結果表明，PSF的引入顯著改善了PPESK的熔融加工性能，共混物在PSF含量較低時呈

4、現(xiàn)典型的假塑性流體特征；隨著PSF含量的增加，熔體流動粘度降低，熔體更傾向于牛頓流體；在PSF含量超過20 wt％以后便可以順利擠出注塑成型。共混物耐熱性有所下降，PSF含量為40 wt％時，熱變形溫度為195℃，與PPESK相比下降近60℃；5％熱失重溫度為48l℃，與PPESK相比下降近10℃。共混物的力學強度在PSF含量低于40wt％時變化不大，拉伸強度達80 MPa，彎曲強度在117 MPa以上，PSF含量超過40 wt％，力學

5、強度下降明顯。 采用熔融擠出的方法制備了不同配比的PPESK和聚芳醚腈(PEN)共混物，系統(tǒng)研究了不同含量共混物的結構與性能。對該共混體系的相容性進行預測和表征，結果表明PPESK與PEN的溶解度參數(shù)相差較小(0.34(J/ml)1/2)，預示二者有一定的相容性；相對于PPESK、PEN均聚物，共混物有兩個向中間靠攏的玻璃化轉變溫度，表明PPESK/PEN為部分相容體系。計算得到PPESK、PEN的粘附功為67.93 mN·m-

6、1，界面張力為0.12 mN·m-1，表明二者之間的界面粘結性能較好；在SEM微觀斷面形貌圖中發(fā)現(xiàn)共混物相界面較模糊，兩相之間結合較好。共混物的加工性及力學性能結果表明，加入少量PEN(20 wt％)，共混物的熔體粘度仍然較大，擠出樣條內(nèi)部有明顯缺陷，導致力學性能較低，拉伸強度僅為72 MPa；在PEN含量達40wt％后，共混物的擠出工藝得到改善，共混物力學強度保持較高值，拉伸和彎曲強度分別為8l MPa和126 MPa；再增加PEN含

7、量，共混物的力學強度略有增大。熱失重分析表明，PEN的引入并沒有明顯降低PPESK的熱穩(wěn)定性，共混物的5％熱失重溫度均高于484℃。在改善PPESK樹脂熔融加工性的基礎上，添加聚四氟乙烯(PTFE)細粉，通過熔融共混改性的方法制備了可注塑加工的改性聚醚砜酮(m-PPESK)/PTFE耐磨自潤滑共混材料，考察了m-PPESK/PTFE的力學性能、耐熱性及摩擦磨損性能。結果表明，在PTFE含量低于1 5 wt％時，m-PPESK/PTFE復

8、合材料拉伸強度高于72 MPa，彎曲強度在1 05 MPa以上，其熱變形溫度與m-PPESK基體相當。利用M-200型磨損實驗機對其在干摩擦條件下的摩擦磨損性能進行了系統(tǒng)研究，結合SEM磨損表面形貌照片分析了復合材料的摩擦磨損機理。結果表明，PTFE的加入顯著降低了m-PPESK樹脂的摩擦系數(shù)和磨耗，PTFE含量為25 wt％時，摩擦系數(shù)降至0.14，磨損率下降為1.8×10-5 mm3（N-m)-1，但此時拉伸強度下降幅度較大，僅為4

9、9 MPa。m-PPESK/PTFE共混材料的磨損機理主要表現(xiàn)為：較低PTFE含量時和摩擦初期以磨粒磨損為主，較高PTFE含量時和摩擦后期以粘著磨損為主。 采用熔融擠出填充改性的方法制備了可注塑加工的m-PPESK/石墨(Graphite)自潤滑復合材料。力學測試結果表明，隨著石墨含量的增加，復合材料的拉伸強度呈現(xiàn)降低的趨勢，但在石墨含量低于20 wt％時，拉伸強度仍在65 MPa以上。復合材料的熱變形溫度隨著石墨含量的增加而略