PPS基熔融纺丝纤维的拉伸性能分析

采用拉力试验机对PPS基复合熔融纺丝纤维进行力学拉伸性能测试，测量纤维断裂强度和断裂伸长率，研究Bz-MMT和BGN纳米片层对PPS熔融纺丝纤维力学拉伸性能的影响。

（一）PPSBMx 复合熔融纺丝纤维的拉伸性能

PPSBMx复合熔融纺丝纤维的拉伸强度和伸长率与Bz-MMT含量关系如图6-5所示，数据列在表6-4中。由图6-5和表6-4可以观察到，PPSBMx复合熔融纺丝纤维的断裂强度随着Bz-MMT含量的增加而呈现先增大后减小的趋势，断裂伸长率则呈现减小的趋势。纯PPS树脂熔融纺丝纤维的拉伸强度为4.9cN/dtex，当Bz-MMT含量为1%时，PPSBM1复合熔融纺丝纤维的断裂强度为5.9cN/dtex，提高了20.1%；纯PPS树脂熔融纺丝纤维断裂伸长率为430.8%，PPSBM1复合熔融纺丝纤维的断裂伸长率为414.3%，下降了3.8%，下降幅度较小，对纤维质量的影响可以忽略；当Bz-MMT的含量为3%时，PPSBM3复合熔融纺丝纤维的断裂强度为5.5cN/dtex，比纯PPS熔融纺丝纤维提高了12.2%，断裂伸长率则降低了10.7%。

PPS基熔融纺丝纤维在拉伸断裂过程中受力作用影响较为复杂，PPS熔融纺丝纤维的结晶性能和分子链的取向构造对其拉伸性能均有重要的影响。由前面的分析可知，Bz-MMT可在PPS结晶时提供成核点起到异相成核剂的作用，从而提高结晶速率促进结晶并同时提高了大分子链的取向度，因此，PPSBMx复合熔融纺丝纤维的相对结晶度远高于纯PPS 树脂纤维，所以，较高的结晶度和取向度使PPSBMx复合熔融纺丝纤维的断裂强度显著改善；但随着Bz-MMT含量的增加，部分Bz-MMT因未完成插层或剥离而造成团聚，同时，高含量的Bz-MMT代表大量的有机改性剂进入PPS基体，其发生的热降解也会对整个纤维结构造成影响，从而导致PPSBMx熔融纺丝纤维的断裂强度有所下降。

图6-5　PPSBMx复合熔融纺丝纤维的力学性能

表6-4　PPSBMx 复合熔融纺丝纤维的拉伸性能指标

除此之外，PPS分子链的取向结构和结晶结构也对PPS基熔融纺丝纤维的断裂伸长率产生重要影响。由前面分析已知，Bz-MMT的添加提高了纤维的相对结晶度和取向度，因而熔融纺丝纤维的断裂伸长率降低，无定形区的Bz-MMT纳米片层进一步限制了在拉伸过程中无定形区的大分子链的运动滑移，断裂伸长率因此进一步降低；当Bz-MMT的含量较高时，这两方面作用更为明显，所以，PPSBM3复合熔融纺丝纤维的断裂伸长率下降的幅度较大。同时需要注意的是，当Bz-MMT的含量较高时，PPS基体中的Bz-MMT纳米片层间的距离较近，且易发生团聚造成显微结构缺陷，从而使纤维的拉伸力学性能损失。从表6-4中可以观察到，当Bz-MMT的含量较低时，纤维断裂强度的CV值较小，表明熔融纺丝纤维的均匀性较一致；而当Bz-MMT的含量较高时，纤维断裂强度的CV值变大，表明纤维的均匀一致性变差，熔融纺丝纤维中存在结构缺陷。

综上分析可知，蒙脱土通过Bz有机化改性后，适量的添加可以显著改善PPS熔融纺丝纤维的拉伸强度且能保持断裂伸长率基本不变，当Bz-MMT的含量为1%时，PPSBM1复合熔融纺丝纤维的拉伸强度明显提高，断裂伸长率的损失十分微弱。(www.xing528.com)

（二）PPSBGx 复合熔融纺丝纤维的拉伸性能分析

图6-6 为PPSBGx复合熔融纺丝纤维的拉伸强度和断裂伸长率与BGN 含量的关系图，数据列在表6-5 中。由图6-6 和表6-5 可以观察到，PPSBGx复合熔融纺丝纤维的断裂强度随着BGN 含量的增加也呈现先增大后减小的趋势，断裂伸长率也呈现减小的趋势。纯PPS树脂熔融纺丝纤维的拉伸强度为4.9cN/dtex。当BGN的含量为0.5%时，PPSBM0.5复合熔融纺丝纤维的断裂强度为6.0cN/dtex，提高了22.4%；纯PPS 树脂熔融纺丝纤维断裂伸长率为430.8%，PPSBG0.5复合熔融纺丝纤维的断裂伸长率为334.2%，下降了22.4%，存在较大的下降幅度；当Bz-MMT 的含量为1%时，PPSBG1 复合熔融纺丝纤维的断裂强度为5.5cN/dtex，比纯PPS 熔融纺丝纤维提高了13.4%，断裂伸长率则降低了20.9%，与PPSBMx 复合熔融纺丝纤维相比，PPSBGx 复合熔融纺丝纤维的断裂伸长率的下降幅度较大。

表6-5　PPSBGx 复合熔融纺丝纤维的拉伸性能指标

与PPSBMx复合熔融纺丝纤维一样，PPSBGx复合熔融纺丝纤维的断裂强度也受到纤维结晶度与分子链取向结构的影响。由前面的分析可知，BGN纳米片层也在PPS基体结晶过程中起异相成核剂的作用，当其均为分散在PPS基体中时，其可以加快结晶速率促进结晶，分子链和分子链段的取向度提高，因而PPBGx复合熔融纺丝纤维的断裂强度提高；但是BGN的分散效果差于Bz-MMT，当BGN的含量升高时，BGN会发生团聚，难以提供足够的结晶成核点，造成相对结晶度下降，同时，大量功能化修饰剂的降解会造成PPS熔融纺丝纤维结构缺陷，因此，PPSBGx复合熔融纺丝纤维的拉伸强度开始下降。

图6-6　PPSBGx复合熔融纺丝纤维的力学性能

BGN对PPS熔融纺丝纤维断裂伸长率变化的影响作用与BZ-MMT纳米片层的影响作用基本一致，BGN纳米片层的添加提高了纤维的结晶度和取向度，加上无定形区中石墨烯片层的限制作用，因而导致纤维断裂伸长率减小，但当BGN含量增高时，部分BGN团聚造成熔融纺丝纤维的相对结晶度降低，也使石墨烯片层的表面积减小，阻隔限制作用减弱，所以，PPSBGx复合熔融纺丝纤维的断裂伸长率有所上升。同时也可以注意到，PPSBGx复合熔融纺丝纤维断裂强度的CV值在BGN含量高时增大，这也表明高BGN含量下，熔融纺丝纤维存在结构缺陷，这与BGN难以在PPS基体中均匀分散有关。

综上分析可知，多层石墨烯片层经过Bz 功能化修饰后，适量的添加可以显著改善PPSBGx复合熔融纺丝纤维的拉伸强度，但是，断裂伸长率有一定程度的损失，当Bz-MMT的含量为0.5%时，PPSBG0.5复合熔融纺丝纤维的拉伸强度显著提升，但是断裂伸长率的损失较明显。结合PPSBMx复合熔融纺丝纤维的力学性能分析可知，Bz-MMT和BGN的含量及分散状况显著影响熔融纺丝纤维的拉伸力学性能。