PPS增韧配方中添加玻璃纤维注意事项:
1.玻璃纤维的选择
长度方面:玻璃纤维长度一般在 3 - 6mm 较为合适。如果长度过短,其增强效果有限,无法有效地在 PPS 基体中形成良好的支撑结构来传递应力,从而不能充分发挥增强作用。而长度过长时,玻璃纤维在加工过程中容易出现纤维缠绕、团聚的现象,导致纤维在 PPS 基体中的分散不均匀,进而影响制品的质量和性能,使制品表面出现纤维外露、内部产生应力集中等问题,最终降低韧性。
直径方面:较细的玻璃纤维能够提供更大的比表面积,与 PPS 基体之间的接触面积增大,有利于增强纤维与基体之间的界面结合力。通常选用直径在 9 - 13μm 的玻璃纤维。
类型方面:无碱玻璃纤维(E - 玻璃纤维)是比较常用的类型。因为其具有良好的化学稳定性和机械性能,碱金属氧化物含量低(一般小于 1%),能够在 PPS 制品加工和使用过程中保持较好的性能,减少因玻璃纤维自身化学变化而对制品性能产生的不利影响。
2.玻璃纤维的添加量
玻璃纤维添加量一般在 30% - 40% 之间比较合适。添加量过少时,对 PPS 制品的增强效果不明显,无法有效提高制品的强度和模量,在承受外力时,制品仍容易发生变形和破坏。然而,当添加量超过 40% 时,虽然制品的强度会进一步提高,但会导致 PPS 制品的韧性下降。因为过多的玻璃纤维会使 PPS 基体的连续性被破坏,在玻璃纤维与基体之间以及纤维与纤维之间容易产生应力集中,当受到外力时,裂纹容易在这些应力集中区域产生和扩展,从而使制品变脆。
3.玻璃纤维的预处理
干燥处理:玻璃纤维通常会吸附一定量的水分,在使用前需要进行干燥处理。一般在 100 - 120℃的温度下干燥 2 - 4 小时,以去除水分。如果玻璃纤维含有较多水分,在加工过程中,水分会在高温下变成水蒸气,在制品内部形成气孔,导致制品的内部结构不均匀,影响制品的性能,同时也会降低玻璃纤维与 PPS 基体之间的界面结合强度。
表面处理:可以采用偶联剂对玻璃纤维进行表面处理。常用的偶联剂有硅烷偶联剂,如 γ - 氨丙基三乙氧基硅烷(KH - 550)。偶联剂能够在玻璃纤维表面形成一层化学键合层,一端与玻璃纤维表面的羟基反应,另一端与 PPS 基体中的官能团反应,从而增强玻璃纤维与 PPS 之间的界面结合力。这有助于在制品受到外力时,更有效地将应力从基体传递到玻璃纤维上,提高制品的整体性能,并且可以减少玻璃纤维从基体中拔出的现象,进而提高制品的韧性。
4.混合工艺
混合设备选择:使用双螺杆挤出机进行混合是比较理想的方式。双螺杆挤出机的剪切作用强,能够使玻璃纤维在 PPS 基体中更好地分散。螺杆转速一般控制在 200 - 400rpm,在这个转速范围内,可以提供足够的剪切力来分散玻璃纤维,同时避免因转速过高导致玻璃纤维断裂过多或者 PPS 过度降解。
加料顺序:通常先将 PPS 树脂加入到挤出机中,待其熔融后再加入玻璃纤维。这样可以使玻璃纤维更好地浸渍在熔融的 PPS 中,有利于玻璃纤维的分散均匀性。如果同时加入 PPS 和玻璃纤维,可能会出现玻璃纤维在尚未完全熔融的 PPS 中不能充分分散的情况。
5.成型工艺调整 加工温度:在成型过程中,要适当调整加工温度。例如在注塑成型时,由于玻璃纤维的加入,料筒温度可以比纯 PPS 加工时略高,一般在 300 - 340℃之间,以保证 PPS 基体的流动性,使玻璃纤维能够在熔体中均匀分布。同时,喷嘴温度可以设置在 290 - 330℃左右,防止熔料在喷嘴处产生流涎现象。 成型速度:成型速度也需要合理控制。在注塑过程中,注射速度不能过快。如果注射速度太快,玻璃纤维会在模具型腔中产生取向,导致制品在不同方向上的性能差异较大,在垂直于纤维取向方向上的韧性较低。可以采用多级注射速度控制,开始时以较低的注射速度填充模具型腔的大部分空间,然后在接近型腔末端时适当提高注射速度,以保证制品的外观质量和尺寸精度,同时减少内应力和纤维取向带来的不利影响。