PPSBGx纳米复合材料热稳定性分析

图4-14为PPS树脂及PPSBGx纳米复合材料的TG和DTG曲线图，由图可得到PPSBGx纳米复合材料的热分解参数在表4-5中列出。

从图4-14可以看出，PPSBGx纳米复合材料的热分解过程也是一步分解过程，DTG曲线上只出现了一个大峰，且添加BGN可显著提高PPS的热稳定性。从表4-5可以观察到添加BGN 可以显著提高PPS 的初始分解温度（T5%），当BGN 的含量为0.5%时，T5%提高了33.1℃，但是随着BGN含量的增加，纳米复合材料的T5%呈现下降的趋势。这是因为高含量的BGN中含有较多的功能化修饰剂，其热分解温度较低，因而诱发PPS在较低温度下降解，但是PPSBGx纳米复合材料的T5%都高于纯PPS。与纯PPS树脂相比，PPSBGx纳米复合材料的T15%和T50%也分别提高了16~23℃和17~39℃。除此之外，PPSBGx纳米复合材料的最大分解速率温度（Tmax）也显著高于纯PPS，并也随着BGN含量的增加而减小，当BGN的含量为0.5%时，Tmax提高了19.2℃。因此，添加BGN可有效改善PPS的热稳定性：一方面是石墨烯片层起到屏蔽阻隔的作用，限制阻隔热分解过程中气体分解产物的扩散和逸出，从而减缓分解；另一方面，则是石墨烯片层具有良好的热传导性，促进热量在PPS基体中的传播，因而需要更高的外界温度和更长的时间使PPS开始分解。因此，PPSBGx纳米复合材料的热稳定性改善是多个复杂因素综合作用导致的[95]。

表4-5　PPS树脂及PPSBGx 纳米复合材料的TGA热分解参数

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图4-14　PPS及PPSBGx纳米复合材料的TG和DTG曲线图

除此之外，纯PPS树脂的温度差（Tmax-T5%）大约为60℃，而PPSBGx纳米复合材料的温度差为40~50℃，表明一旦开始分解后，PPSBGx纳米复合材料的热分解速率高于纯PPS树脂，这也可归为石墨烯片层的高热传导率引起的。从图4-14（a）可以发现PPSBGx纳米复合材料的热分解残余量都高于纯PPS树脂，除了石墨烯因其优异的热稳定性在测试温度范围内不分解外，主要是因为石墨烯片层与PPS分解产物发生化学反应，同时促进PPS在分解过程形成致密保护的碳层，阻止PPS进一步热分解[153-155]。

本章也采用统计法[156-157]计算PPSBGx纳米复合材料的耐热指数温度（THRI），表征PPS树脂及PPSBGx纳米复合材料长时间工作的极限温度，THRI可根据式（4-8）计算：

式中：T5%、T30%分别为PPS 基复合材料热分解质量分数为5%和30%时的温度。从表4-5 可以发现PPSBGx纳米复合材料的THRI随着BGN 含量的增加呈现先增大后减小的趋势，这一现象也表明PPSBGx纳米复合材料的耐热性也是随着BGN 的增加先提升后下降，当BGN的含量为0.5%时，PPSBG0.5的THRI比纯PPS树脂提高了12.8℃，耐热性得到了显著提升。这可以归功为BGN片层比纯PPS树脂的比热容和热传导率高，其可以更容易吸收外界热量，同时，其在PPS基体中的良好分散也可以加强耐热性。但是当BGN含量增高时会发生团聚，这会减小BGN片层的相对比热容和破坏复合材料的整体结构，因此，PPSBGx复合材料的耐热性会降低。