PPSBMx纳米复合材料的力学性能分析

PPSBMx 纳米复合材料的拉伸强度和拉伸模量与Bz-MMT 含量的关系如图3-5 所示。Bz-MMT作为一种片状纳米颗粒，能够良好地分散在PPS基体中，其较大的比表面积和与PPS树脂之间较强的作用力，使其力学增强效果较为明显。当Bz-MMT的含量为0.5%时，PPS的拉伸强度从76.5MPa增大到123.8MPa，提高了61.8%，其力学性能得到了较大的提高；而随着Bz-MMT含量的提高，其拉伸强度却呈现下降的趋势，当Bz-MMT的含量达到10%时，其复合材料的拉伸强度比纯PPS树脂还有所降低。结合前面的形态结构分析，这种力学变化趋势可以解释为当少量的Bz-MMT添加到PPS基体中时，其片层会剥离成单片，复合材料呈现剥离结构，剥离的蒙脱土片层会使PPS 基体在断裂时裂纹的扩展路径增大，可以吸收部分能量提高塑性形变，同时，单片层与PPS基体间的强作用力及自身的大表面积使增强作用最为显著明显。当Bz-MMT的含量逐渐增加时，除了形成剥离结构外，还有部分蒙脱土片层不能够形成完全剥离的结构而是形成插层结构，其会降低蒙脱土片层的径厚比，也不利于拉伸应力的有效传递，因此，其增强作用有限。当Bz-MMT的含量进一步增加时，在与PPS熔融插层时部分Bz-MMT会来不及分散，多个片层聚集团聚，成为拉伸应力缺陷，同时，有机改性剂也会降解引发PPS分子的降解，因此，其拉伸强度低于纯PPS树脂。PPSBMx复合材料的拉伸模量变化趋势与拉伸强度一致，当Bz-MMT含量为0.5%时，拉伸模量从1775.8MPa增加到2607.3MPa，提高了46.8%，这表明剥离的蒙脱土单片层对PPS复合材料的力学性能有着显著增强作用。

图3-5　PPS及PPSBMx纳米复合材料的力学性能

PPSBMx纳米复合材料的应力应变曲线如图3-6 所示。从中可以观察到纯PPS 树脂和PPSBMx纳米复合材料均为脆性断裂，Bz-MMT的添加并没有改变PPS的断裂性质，PPSBMx复合材料的断裂伸长率只有小幅度的提高，当Bz-MMT的含量为0.5%时，其由2.1%提高到3.1%，这是因为剥离的蒙脱土片层可以起到增塑剂的作用，使PPS 分子链段及整个大分子的运动能力得到提高，因而复合材料的韧性得到提高。PPSBM10复合材料的韧性比纯PPS差，其与Bz-MMT的片层聚集团聚引起的结构缺陷有关。

图3-6　PPS及PPSBMx纳米复合材料的应力应变曲线(www.xing528.com)

动态力学测试（DMA）可以表征聚合物材料的结构变化，是研究聚合物力学松弛和玻璃化转变温度的有效手段。PPS树脂及PPSBMx复合材料的DMA曲线如图3-7所示，表3-2列出了复合材料在40℃时的储能模量（E'）、损失模量在最大时的数值（E"）及玻璃化转变温度（Tg）。储能模量可以反映出复合材料的刚度。

图3-7　PPS及PPSBMx纳米复合材料的DMA曲线图

从图3-7（a）及表3-2可以看出，随着Bz-MMT含量的提高，储能模量呈现先提高后降低的趋势，当Bz-MMT 的含量为10%时，其储存模量甚至低于纯PPS 树脂。PPSBM1纳米复合材料的E'为8901.3MPa，几乎是纯PPS的一倍，表明剥离的纳米片层对PPS基体有着显著的增强效果。损耗模量则可以反映复合材料的韧性，韧性与复合材料的损耗能量呈正相关。从图3-7（b）及表3-2可以看出，随着Bz-MMT含量的提高，损耗模量也呈现先提高后降低的趋势，与储存模量的变化趋势一致。PPSBM1纳米复合材料的E"为572.5MPa达到最大，表明剥离的Bz-MMT片层不仅可以增加PPS基复合材料的刚性，还可以增加复合材料的韧性，当含量达到3%及以上时，复合材料的E"比纯PPS还要低。从表3-2也可以看出，Tg随Bz-MMT含量的变化趋势与E"随Bz-MMT含量的变化趋势一致。剥离的蒙脱土片层与PPS基体间的相互作用及自身对分子链运动的限制使Tg向高温方向移动，但是当Bz-MMT含量增加时，片层的聚集团聚会对复合材料基体造成一定的结构缺陷，以及有机改性剂分解脱离蒙脱土片层并分散在基体中起到增塑剂的作用，从而导致E"和Tg减小，这与前面的力学测试表征基本相吻合。

表3-2　PPS及PPSBMx 纳米复合材料的DMA曲线参数