PPS/PVDF共混物的形态结构分析

PPS/PVDF共混物淬断面的SEM图如图5-1所示，SEM图清楚地表明PPS/PVDF共混物表现出两相结构，即“海岛”结构，主要成分PPS形成连续相（海相），次要成分PVDF形成分散相（岛相）。

图5-1　PPS/PVDF共混物的SEM图

从图5-1可以观察到，PPS/PVDF=95/05共混物中PVDF相的颗粒直径在2~5μm，随着PVDF相含量的增加，PVDF相的颗粒直径逐渐增大，PPS/PVDF=70/30共混物中PVDF相的颗粒直径则在5~10μm，这一现象可归为PPS和PVDF两者熔融指数的巨大不同导致加工性能的差异。熔融加工过程中，PPS和PVDF相在剪切力作用下尽管存在较强的分散混合作用，但PVDF相更容易形成独立的分散相，因此，随着PVDF相含量的增加，在熔融过程中PVDF相颗粒的直径也更易增大。也可以理解为PVDF相的熔点为170℃，而PPS相的熔点为285℃。PPS/PVDF=70/30共混物在熔融共混过程中，PVDF相首先熔融形成基体连续相，此时，PPS相未熔融以颗粒状分散在其中，而当PPS相完全熔融后，PPS的熔融颗粒会逐渐变形并互相连接形成连续相，PVDF熔融相则被快速分成小微滴从而变成分散相，这是因为PPS相在共混物中具有优势体积分数。而PPS/PVDF=95/05共混物中，PVDF相的体积分数太小，即使其首先熔融，PVDF相的熔融颗粒也不能连接形成基体连续相，而是仍保持分离的状态。当PPS相熔融形成连续相后，PVDF相则会被分成更小的微滴，因此，在所有样品中会观察到分离的球形PVDF颗粒。除此之外，可以观察到PVDF颗粒的边缘轮廓清晰并与PPS基体分离有缝隙存在，同时，在图中也发现许多球形孔洞，这是样品在淬断过程中PVDF颗粒被拔出形成的。这一明显的相分离结构表明PPS和PVDF相之间存在不混溶性，阻止熔融共混过程中两者之间产生更高的界面张力。同时，分散相PVDF颗粒与PPS连续相的分离结构表明PPS相与PVDF相表面存在较差的黏附力。

图5-2 为PPS、PVDF 和PPS/PVDF 共混物的FT-IR 图。图中PPS 树脂在1573cm-1，1470cm-1和1384cm-1处的吸收峰为苯环碳碳骨架的伸缩振动峰，1091cm-1处为苯环上C—S 键的伸缩振动峰，807cm-1为苯环1，4 对位取代特征峰。同时，PVDF 树脂的特征吸收峰如下：1404cm-1处为C—H 键的变形振动吸收峰，1178cm-1处为C—F 键的伸缩振动峰，976cm-1，796cm-1和764cm-1处的吸收峰则是PVDF 树脂α 晶相的伸缩吸收峰。由图可知，PPS 和PVDF 树脂的红外特征吸收峰都在PPS/PVDF 共混物红外图谱的相同位置出现，同时，PPS/PVDF共混物中并没有新官能团的红外吸收峰出现，表明PPS和PVDF仅仅是物理共混，PPS/PVDF共混物并没有新的化学官能团产生。然而，需要指出的是，PPS/PVDF共混物在840cm-1处出现了一个新的吸收峰，这个峰对应的是PVDF 树脂β 晶相的振动吸收峰，同时，也可以观察到α晶相对应的吸收峰也变得不显著甚至消失，表明PPS的添加可能会促进PVDF树脂中α晶相向β晶相的转变。(www.xing528.com)

图5-2　PPS、PVDF和PPS/PVDF共混物的FT-IR图

PVDF树脂通常具有5种晶相，包括α、β、γ、δ和ε五种晶相[115]。在过去研究中，最常见的是α和β晶相，但是只有α结晶相会在熔融加工过程中产生。因此，利用XRD研究PPS/PVDF共混物的晶相。图5-3为PPS、PVDF和PPS/PVDF共混物的XRD图。PVDF的XRD图谱上2θ≈18°，18.7°和20.1°处的峰对应的是PVDF树脂α晶相（100），（020）和（110）面的衍射峰，除此之外，在2θ≈26.7°处的小肩峰是α晶相的特征衍射峰，对应的是（201）和（310）面。PPS的XRD图谱上2θ≈20.7°处的强峰是对应（102）、（200）和（201）面的复合衍射峰，然而，PVDF树脂β晶相的衍射峰在2θ≈20.8°处，其位置与PPS的衍射峰十分相近，因此，在PPS/PVDF共混物的XRD图谱中难以区分PVDF树脂β晶相的衍射峰和PPS的强衍射峰。但是需要指出的是，PVDF树脂在2θ≈26.7°处的小肩峰在PPS/PVDF共混物的XRD图谱中消失，同时，α晶相（002）面的衍射峰也变得不明显，结合前面FT-IR分析，可以推断PPS与PVDF熔融复合过程中促进了PVDF树脂中α晶相向β晶相的转变。

图5-3　PPS、PVDF和PPS/PVDF共混物的XRD图