PPSBGx纳米复合材料的力学性能分析

PPSBGx纳米复合材料的拉伸强度和拉伸模量与BGN 含量关系如图4-3 所示。由图可知，添加BGN 可显著改善PPS 的拉伸强度和拉伸模量，复合材料的力学性能得到显著提升。随着BGN含量的增加，PPSBGx纳米复合材料拉伸强度和拉伸模量呈现先上升后下降的趋势，当BGN含量为1%时，PPSBG1的拉伸强度为132.4MPa，拉伸模量为3467.5MPa，比纯PPS 树脂分别提升了73.1%和95.3%；当BGN 含量≥3%时，复合材料的拉伸强度和拉伸模量开始下降，表明力学性能与BGN 在PPS 基体中分散状况相关。当BGN 的含量较低时，BGN在PPS基体中均匀分散，加之自身巨大的比表面积使片层与PPS基体有较大的接触面积且两者之间存在界面相互作用，外界拉伸应力在PPS 基体传递过程中会更加均匀有效地传递到石墨烯片层上[166]，石墨烯片层自身具有超高的强度与模量，因此，复合材料的拉伸强度和拉伸模量得到提高；随着BGN 的含量增加，PPS 基体中的部分BGN 会发生降解产生团聚，团聚的石墨烯片层降低了石墨烯片层的比表面积并破坏结构的完整性，不利于应力传递，同时还会诱发应力集中，因而造成增强效果有限，力学性能开始下降。

图4-3　PPS及PPSBGx纳米复合材料的力学性能

图4-4为PPS及PPSBGx纳米复合材料的应力应变曲线。从中可以观察到纯PPS树脂和PPSBGx纳米复合材料均为脆性断裂，添加BGN没有改变PPS的断裂性质，PPS基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，断裂伸长率由2.1%提高到3.2%，这是因为剥离的石墨烯片层起到增塑剂的作用，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。随着BGN含量不断增加，石墨烯片层会形成一个连续的网络结构而限制了PPS分子链的运动，因而韧性开始变差，当BGN的含量更高时，部分BGN降解团聚会破坏复合材料的结构完整性，加上网络结构的限制作用，使PPS基复合材料的韧性低于纯PPS树脂。

图4-5 为PPS 树脂及PPSBGx纳米复合材料的储能模量曲线图，储能模量可以反映出PPSBGx纳米复合材料的刚度，从图4-5可以发现PPSBGx纳米复合材料的储能模量在整个测试温度范围内都高于纯PPS，尤其是在玻璃化转变温度之前，且所有样品的储能模量随着温度的升高而降低，这是因为温度升高，PPS分子链的流动性随之升高。同时，PPSBGx纳米复合材料的储能模量随着BGN 含量的增加而增大，40℃时PPS 树脂的储能模量约为4573.1MPa，PPSBG5纳米复合材料的储能模量为9212.9MPa，比纯PPS提高了101.4%，表明BGN可有效提高PPS的储能模量，这可以归为BGN具有优异的力学性能、高的比表面积和促进结晶等综合作用的影响。(www.xing528.com)

图4-4PPS及PPSBGx纳米复合材料的应力—应变曲线

图4-5PPS及PPSBGx纳米复合材料储能模量曲线图