珠海万通特种工程塑料有限公司等单位利用熔融共混制备了不同树脂比例的聚苯硫醚（PPS）/液晶聚合物（LCP）复合材料以及玻璃纤维(GF)增强复合材料，讨论了树脂比例对PPS/LCP复合材料结晶性能的影响以及对GF增强复合材料力学性能、熔接线性能的影响；进一步地对PPS/LCP复合材料的两相微观结构和GF/树脂界面进行了观察，分析了影响GF增强复合材料性能的深层次原因。通过对比不同助剂对GF增强PPS/LCP复合材料力学强度和熔接线强度的影响，最终制备了兼顾力学性能与熔接线性能的PPS/LCP复合材料，为推进PPS/LCP材料在具有复杂结构、大尺寸制件上的应用提供了新的思路。

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样品制备

将PPS和LCP按照不同质量分数在高速混合机中混合均匀，然后投入双螺杆挤出机中熔融共混，熔体经圆形口模挤出成条，进入水槽冷却后，经切粒机造粒得到PPS/LCP复合材料颗粒。其中，挤出螺杆转速为300 r/min，加工温度为260～310℃。将PPS和LCP按照不同质量分数在高速混合机中混合均匀，然后将混合料和质量分数40%的GF投入双螺杆挤出机中熔融共混，经水槽冷却造粒后得到GF增强PPS/LCP复合材料颗粒。

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PPS/LCP复合材料的结晶行为

分别制备LCP质量分数分别为5%，10%，20%，30%，50%，70%，80%，90%和95%的PPS/LCP复合材料。不同LCP含量的PPS/LCP复合材料的DSC曲线如图1所示。

 

由图1a可以看出，在280℃有一个明显的PPS熔融峰，且随着LCP质量分数从5%增加到95%，PPS的熔融峰强度逐渐降低直至消失，这是由于随着LCP含量的增加，PPS的含量逐渐降低，复合材料的结晶度逐渐降低。另外，在第一次升温曲线中，125℃位置有一个显著的冷结晶峰，这是由于PPS的结晶度较大，在PPS/LCP复合材料经水槽急速冷却后PPS结晶不完全，在升温过程中再次结晶，从而形成了冷结晶峰。当LCP质量分数增加到70%及以上时，复合材料的冷结晶峰消失，这是由于复合材料整体的结晶度较低，PPS受LCP链段影响不会再发生重结晶行为。

由图1b可以看出，当LCP质量分数为5%时，降温曲线呈现出明显的双峰结构，分别在205℃和228℃有2个结晶峰，这是由于LCP的异相成核作用，使得PPS基体中与LCP树脂接触的PPS在降温过程中率先结晶，具有较高的结晶温度，而其他位置的PPS继续按照自成核的机理结晶，成核较晚，因此结晶温度较低。当LCP质量分数增加到10%和20%时，复合材料的结晶峰逐渐收敛为单峰，且结晶温度明显增加，这是由于复合材料中LCP含量增加，异相成核作用更为显著，从而提升了PPS的结晶温度。当LCP质量分数增加到30%以上，复合材料的结晶峰强度逐渐降低，且结晶温度也逐渐降低，这是因为当复合材料中LCP含量过多时，LCP的链段与PPS链段互相缠结，从而抑制了PPS链段排入晶格的过程，导致PPS的结晶能力下降，结晶温度逐渐降低。同时，由于复合材料中PPS的含量逐渐降低，复合材料的结晶度越来越小，复合材料的结晶峰强度越来越低。

由图1c可以看出，在第二次升温曲线中，由于缓慢的降温过程以及LCP的异相成核作用，复合材料的冷结晶峰消失，只有PPS的单一熔融峰，且熔融峰强度随着LCP含量的增加而降低。

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GF增强PPS/LCP复合材料的力学性能和熔接线性能

PPS/LCP复合材料可以将两种树脂的优点结合起来，但是在实际的产品应用过程中，纯树脂的性能是难以满足实际使用需求的，一般需要使用GF来进行增强改性。另外，随着现代工业技术的发展，塑料制件的结构越来越复杂，因此在制件成型过程中难免会形成熔接线，而熔接线位置处的强度高低直接决定了材料的应用范围。因此，分别制备了40% GF增强PPS复合材料和40% GF增强LCP复合材料，测试两种GF增强复合材料的力学性能，结果见表1。

 

单纯对比表1中的数据可以发现，GF增强的PPS复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及密度与GF增强LCP复合材料接近，两种GF增强复合材料的悬臂梁缺口冲击强度相同，而GF增强LCP复合材料的弯曲弹性模量更高。因此，进一步对两种GF增强复合材料的熔接线的力学性能进行考察，结果如图2所示。

 

从图2可以看出，GF增强LCP复合材料的熔接线拉伸强度和弯曲强度明显低于GF增强PPS复合材料。GF增强LCP复合材料的熔接线拉伸强度只有18 MPa，熔接线性能较差，这也限制了LCP在具有复杂结构的塑料制件上的应用。进一步对不同LCP含量的GF增强PPS/LCP复合材料的力学性能和熔接线拉伸强度进行考察。不同LCP含量的GF增强PPS/LCP复合材料的力学性能和熔接线拉伸强度如图3所示。

 

从图3a可以看出，随着LCP含量的增加，PPS/LCP复合材料的拉伸强度和弯曲强度逐渐降低，而弯曲弹性模量逐渐升高。前述分析可知，GF增强PPS和GF增强LCP复合材料的强度是非常接近的。而制备成GF增强PPS/LCP复合材料后，复合材料的强度并没有得以保持，例如，在LCP质量分数为10%时，GF增强PPS/LCP复合材料的拉伸强度为165 MPa，弯曲强度为236 MPa，比GF增强PPS复合材料的强度还要低，LCP并没有起到原位增强的效果；当LCP质量分数为30%时，复合材料的拉伸强度为145 MPa，弯曲强度为226 MPa，其强度更低。

从图3b可以看出，GF增强PPS/LCP复合材料的熔接线拉伸强度随着LCP含量的增加呈现出先降低后增加的趋势。虽然在LCP质量分数＜30%时，GF增强PPS/LCP复合材料的熔接线拉伸强度优于GF增强LCP复合材料的熔接线拉伸强度(18 MPa)，但是GF增强PPS/LCP复合材料的熔接线性能依然较差，例如当LCP质量分数为30%时，GF增强PPS/LCP复合材料的熔接线拉伸强度只有32 MPa，依然处于较低的水平。

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GF增强PPS/LCP复合材料的界面形貌及界面增容方法

对不同LCP含量的PPS/LCP复合材料断面的微观形貌进行观察，结果如图4所示。

 

从图4a中可以看出，当LCP质量分数为30%时，LCP在PPS基体中呈现出典型的“海-岛结构”。LCP在PPS基体中呈球状分布，均匀分散，但是两者有显著的相界面且有明显的相分离。说明LCP与PPS树脂相界面结合作用较小，两相的相界面结合较差，导致了复合材料强度的降低。另外，LCP在PPS基体中呈现出球状结构，而不是针状或纤维状结构，因此也失去了LCP原位增强的效果。当LCP质量分数增加到50%时，LCP和PPS两种基体形成了双连续的结构，但是相界面依然清晰，界面结合较差。当LCP质量分数达到70%时，已经难以观察到明显的两相结构，这是由于高流动的LCP将PPS包裹使得两相难以区分。进一步对GF增强PPS和GF增强LCP及GF增强PPS/LCP复合材料中GF与树脂基体的界面进行观察，结果如图5所示。

 

从图5a可以看出，GF增强PPS复合材料中的GF表面粗糙，并粘附大量PPS树脂，这说明PPS与GF的表面结合作用较强，因此具有较好的强度。从图5e可以看出，GF增强LCP复合材料中的GF表面光滑，只有少量的树脂粘附，说明LCP树脂与GF的表面结合较差。这也导致了随着LCP含量的增加，GF增强PPS/LCP复合材料(如图5b、图5c和图5d)中GF表面越来越光滑，基体树脂与GF的界面结合变差。因此GF增强PPS/LCP复合材料的力学性能并不高。

基于以上对PPS/LCP复合材料两相界面以及树脂与GF界面处的微观形貌观察可以看出，LCP与PPS的界面结合较差，而且LCP与GF的界面结合也较弱，因而影响了PPS/LCP复合材料力学性能和熔接线力学性能的提升。因此，如何优化相界面作用成为了研究的重点。

在筛选了多种助剂之后，选择了E-MA-GMA和EP作为PPS/LCP复合材料的界面增容剂。在PPS/LCP质量比为70/30的GF增强PPS/LCP复合材料中分别加入质量分数2%的E-MA-GMA，EP，制备了质量比为树脂/GF/助剂=58/40/2的新型GF增强PPS/LCP复合材料，添加助剂前后GF增强PPS/LCP复合材料的力学性能和熔接线拉伸强度如图6所示。

 

从图6可以看出，与未加入助剂的GF增强PPS/LCP复合材料对比样相比，加入E-MA-GMA的GF增强PPS/LCP复合材料的拉伸强度、弯曲强度和熔接线拉伸强度反而出现了下降，说明E-MA-GMA并不能给PPS/LCP复合材料的相界面带来增容效果，反而因为E-MA-GMA自身性能较差导致复合材料的强度出现下降。在GF增强PPS/LCP复合材料中加入EP之后，新型复合材料的拉伸强度由148 MPa提升至178 MPa，弯曲强度由226 MPa提升至252 MPa，熔接线拉伸强度由31 MPa提升至70 MPa。说明EP对GF增强PPS/LCP复合材料的界面带来显著的增容效果，优化了树脂的两相界面结合以及树脂与玻纤的界面结合，从而使新型复合材料的性能得到显著提升。

加入EP的GF增强PPS/LCP复合材料的熔接线拉伸强度显著优于普通GF增强LCP复合材料熔接线的拉伸强度(18 MPa)，也优于常规GF增强PPS/LCP复合材料，克服了LCP熔接线强度差的缺点；同时复合材料的力学性能优于单一树脂的GF增强复合材料。这种兼顾了力学性能和熔接线性能的新型GF增强PPS/LCP复合材料可以应用于各种具有复杂结构以及尺寸较大的塑料制件，进一步拓宽了材料的应用范围，提升了材料的应用价值。

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结论

(1) LCP对PPS结晶的影响与LCP含量有关；当LCP质量分数＜30%时，异相成核作用会显著提升PPS的结晶温度，但LCP含量较高时会抑制PPS的结晶。

(2)随着LCP含量的增加，GF增强PPS/LCP复合材料的强度逐渐降低，弯曲弹性模量逐渐增大；熔接线拉伸强度呈现出先降低后增加的趋势。

(3)在GF增强PPS/LCP复合材料中，PPS与LCP的界面结合较差，同时LCP与GF的界面结合较差，这是制约材料性能提升的主要原因。

(4)相较于E-MA-GMA，EP可以显著提升GF增强PPS/LCP复合材料的力学强度和熔接线性能，新型复合材料的综合性能优异。