增強(qiáng)型 PPS 棒材性能解析：玻璃纖維 40% 含量與礦物增強(qiáng)對比

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，聚苯硫醚（PPS）作為一種高性能的特種工程塑料，憑借其出色的綜合性能，在電子、汽車、航空航天以及化工等眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步拓展 PPS 的應(yīng)用范圍，提升其在特定工況下的性能表現(xiàn)，常常會對其進(jìn)行增強(qiáng)改性處理。在諸多增強(qiáng)方式中，玻璃纖維增強(qiáng)和礦物增強(qiáng)是較為常見的兩種手段。本文將聚焦于 40% 玻璃纖維含量的 PPS 棒材與礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材，深入剖析二者在性能方面的差異。

一、一般性能

（一）外觀與顏色

通常情況下，純 PPS 呈現(xiàn)為白色、具有高結(jié)晶度的聚合物，質(zhì)地硬而脆。經(jīng)過 40% 玻璃纖維增強(qiáng)后的 PPS 棒材，顏色往往會因玻璃纖維的加入而發(fā)生改變，常見為米色或黑色等，這主要取決于玻璃纖維的種類以及生產(chǎn)工藝中是否添加其他助劑等因素 。而礦物增強(qiáng)的 PPS 棒材，其外觀顏色同樣會因所使用的礦物種類不同而有所差異。例如，若采用白色的礦物進(jìn)行增強(qiáng)，產(chǎn)品外觀可能依然偏白色調(diào)；若采用深色礦物，棒材顏色則會相應(yīng)變深。

（二）密度

純 PPS 的相對密度約為 1.3g/cm3 ，當(dāng)加入 40% 玻璃纖維后，由于玻璃纖維自身密度相對較高（一般在 2.5 - 2.7g/cm3），使得 PPS 棒材的密度顯著增加，通常可達(dá) 1.6 - 1.67g/cm3 。對于礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材而言，其密度變化則取決于所選用礦物的密度。若使用密度較大的礦物，如某些金屬氧化物礦物，棒材密度可能會進(jìn)一步增大，甚至超過玻璃纖維增強(qiáng)型 PPS 棒材；若采用密度相對較小的礦物，如部分輕質(zhì)碳酸鈣等，其密度增加幅度則相對較小，但總體仍會高于純 PPS 的密度 。

（三）吸水率

PPS 本身吸水率極低，一般在 0.03% 左右，這一特性使得其在潮濕環(huán)境中能保持良好的尺寸穩(wěn)定性。無論是 40% 玻璃纖維增強(qiáng)還是礦物增強(qiáng)的 PPS 棒材，吸水率基本維持在較低水平，通常在 0.02% - 0.03% 之間（按照 ISO 62 標(biāo)準(zhǔn)測試） 。這是因?yàn)椴ＡЮw維和礦物本身吸水性較差，且在與 PPS 基體復(fù)合后，并未顯著改變 PPS 材料的分子結(jié)構(gòu)和表面特性，從而使得材料整體依然具備優(yōu)異的耐水性能，在潮濕環(huán)境下也能穩(wěn)定發(fā)揮其性能。

二、機(jī)械性能

（一）拉伸強(qiáng)度

純 PPS 的拉伸強(qiáng)度相對不高，約為 6MPa 。當(dāng)加入 40% 玻璃纖維后，玻璃纖維作為增強(qiáng)相，能夠有效地承擔(dān)外部拉伸載荷，使得 PPS 棒材的拉伸強(qiáng)度得到大幅度提升，斷裂時的拉伸強(qiáng)度可達(dá) 137 - 175MPa（不同測試標(biāo)準(zhǔn)下數(shù)值略有差異，如按照 ISO 527 標(biāo)準(zhǔn)，5mm/min 拉伸速率時可達(dá) 137MPa 左右；按照其他一些標(biāo)準(zhǔn)測試，數(shù)值可能會更高） 。玻璃纖維的高強(qiáng)度以及與 PPS 基體良好的界面結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度提升的關(guān)鍵因素。

礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材的拉伸強(qiáng)度則因礦物種類和形態(tài)的不同而有所變化。一些具有片狀或纖維狀結(jié)構(gòu)的礦物，在合理分散的情況下，也能夠在一定程度上增強(qiáng) PPS 的拉伸強(qiáng)度。例如，使用云母粉增強(qiáng)的 PPS 棒材，拉伸強(qiáng)度可能提升至 80 - 120MPa 左右；而若采用普通的顆粒狀礦物，增強(qiáng)效果相對較弱，拉伸強(qiáng)度提升幅度有限，可能僅達(dá)到 70 - 90MPa ?？傮w而言，在拉伸強(qiáng)度方面，40% 玻璃纖維增強(qiáng)的 PPS 棒材具有明顯優(yōu)勢 。

（二）沖擊強(qiáng)度

純 PPS 的沖擊強(qiáng)度較低，如懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度僅為 27J/m 左右 。40% 玻璃纖維增強(qiáng)后，沖擊強(qiáng)度可顯著提高，一般能達(dá)到 76 - 110J/m（不同測試標(biāo)準(zhǔn)下有所不同） 。玻璃纖維的存在能夠阻礙裂紋的擴(kuò)展，當(dāng)材料受到?jīng)_擊時，玻璃纖維可以吸收部分沖擊能量，從而提高材料的韌性。

礦物增強(qiáng)對 PPS 沖擊強(qiáng)度的影響較為復(fù)雜。多數(shù)情況下，由于礦物顆粒與 PPS 基體的界面結(jié)合力相對較弱，且礦物本身的脆性較大，在受到?jīng)_擊時容易引發(fā)應(yīng)力集中，導(dǎo)致礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材的沖擊強(qiáng)度提升不明顯，甚至在某些情況下會出現(xiàn)沖擊強(qiáng)度降低的現(xiàn)象 。例如，使用碳酸鈣等常規(guī)礦物增強(qiáng)的 PPS 棒材，其懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度可能仍維持在 30 - 50J/m 之間，遠(yuǎn)低于 40% 玻璃纖維增強(qiáng)型 PPS 棒材 。

（三）彎曲模量

彎曲模量反映了材料的剛性。純 PPS 的彎曲模量約為 3.8GPa 。40% 玻璃纖維增強(qiáng)后，棒材的彎曲模量大幅提升，可達(dá) 12.6 - 16GPa（如按照 ISO 178 標(biāo)準(zhǔn)，23°C 時彎曲模量可達(dá) 16GPa 左右） 。玻璃纖維的高模量特性使得 PPS 材料的剛性顯著增強(qiáng)，在承受彎曲載荷時能夠保持較好的形狀穩(wěn)定性，不易發(fā)生變形 。

礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材的彎曲模量同樣會有所提高，但提升幅度相對較小。一些片狀礦物增強(qiáng)的 PPS 棒材，彎曲模量可能達(dá)到 8 - 10GPa 左右；而顆粒狀礦物增強(qiáng)的產(chǎn)品，彎曲模量可能在 6 - 8GPa 之間 。相較于 40% 玻璃纖維增強(qiáng)的 PPS 棒材，礦物增強(qiáng)型在剛性方面仍存在一定差距 。

（四）耐蠕變性與耐磨性

PPS 本身在負(fù)荷下就具有較好的耐蠕變性，硬度較高，耐磨性也較為出色，1000 轉(zhuǎn)時的磨耗量僅為 0.04g 。40% 玻璃纖維增強(qiáng)后，進(jìn)一步提升了材料的耐蠕變性能，在長期承受較高載荷時，能夠更好地保持形狀和尺寸穩(wěn)定性 。同時，玻璃纖維的存在使得材料表面硬度增加，耐磨性進(jìn)一步改善 。

礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材在耐蠕變性方面也有一定程度的提升，特別是當(dāng)?shù)V物在基體中能夠均勻分散并形成有效支撐結(jié)構(gòu)時 。在耐磨性方面，若采用一些具有潤滑作用的礦物，如二硫化鉬等，可在一定程度上降低材料的摩擦系數(shù)，提高耐磨性；但如果是普通礦物，其對耐磨性的提升效果則不如玻璃纖維增強(qiáng)型明顯 ?？傮w來說，在耐蠕變性和耐磨性方面，40% 玻璃纖維增強(qiáng)的 PPS 棒材略勝一籌 。

三、熱學(xué)性能

（一）熱變形溫度

PPS 本身具有優(yōu)異的熱性能，短期可耐 260°C，并可在 200 - 240°C 下長期使用 。40% 玻璃纖維增強(qiáng)的 PPS 棒材，熱變形溫度得到進(jìn)一步提高。在 1.8MPa 載荷下（按照 ISO 75 標(biāo)準(zhǔn)測試），熱變形溫度可達(dá) 270 - 280°C 左右 。玻璃纖維的加入限制了 PPS 分子鏈的運(yùn)動，使得材料在高溫下能夠保持更好的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能 。

礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材的熱變形溫度同樣會有所提升，但其提升幅度因礦物種類而異。一些耐高溫的礦物，如滑石粉等，能夠有效提高 PPS 的熱變形溫度，可能使其達(dá)到 250 - 270°C 之間；而部分礦物對熱變形溫度的提升效果相對有限 。整體來看，40% 玻璃纖維增強(qiáng)型在熱變形溫度方面稍占優(yōu)勢 。

（二）高溫穩(wěn)定性

在高溫環(huán)境下，40% 玻璃纖維增強(qiáng)的 PPS 棒材能夠保持較高的剛度、強(qiáng)度和抗蠕變性。玻璃纖維在高溫下依然能夠發(fā)揮增強(qiáng)作用，保證材料結(jié)構(gòu)的完整性 。例如，在 200°C 以上的高溫環(huán)境中，其力學(xué)性能下降幅度相對較小，能夠持續(xù)滿足一些高溫工況下的使用要求 。

礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材在高溫穩(wěn)定性方面也有一定表現(xiàn)，但不同礦物的增強(qiáng)效果差異較大。一些與 PPS 基體相容性好且耐高溫的礦物，可使材料在高溫下保持較好的性能；但部分礦物在高溫下可能與 PPS 基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者因熱膨脹系數(shù)不匹配而導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而影響材料的高溫穩(wěn)定性 。總體而言，40% 玻璃纖維增強(qiáng)的 PPS 棒材在高溫穩(wěn)定性方面表現(xiàn)更為可靠 。

四、電學(xué)性能

（一）電絕緣性

PPS 的電性能十分突出，介電常數(shù)和介電損耗角正切值較低，并且在較寬的頻率、溫度及濕度范圍內(nèi)變化不大 。無論是 40% 玻璃纖維增強(qiáng)還是礦物增強(qiáng)的 PPS 棒材，都基本保持了 PPS 良好的電絕緣性能 。玻璃纖維和礦物本身一般不具備導(dǎo)電性能，在與 PPS 復(fù)合后，并未對 PPS 的分子結(jié)構(gòu)和電子云分布產(chǎn)生明顯影響，因此材料的電絕緣性能得以維持 。在制作對電性能要求較高的電氣元件外殼等產(chǎn)品時，兩種增強(qiáng)型 PPS 棒材均可滿足需求 。

（二）耐電弧性能

PPS 的耐電弧性能良好，可與熱固性塑料媲美 。40% 玻璃纖維增強(qiáng)和礦物增強(qiáng)的 PPS 棒材在耐電弧性能方面同樣表現(xiàn)出色 。在電弧作用下，材料表面不易形成導(dǎo)電通道，能夠有效防止材料被擊穿，保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行 。在電氣開關(guān)、繼電器等需要頻繁接觸電弧的零部件制造中，這兩種增強(qiáng)型 PPS 棒材都具有應(yīng)用潛力 。

五、化學(xué)性能

（一）耐化學(xué)品性

PPS 的化學(xué)穩(wěn)定性良好，僅次于聚四氟乙烯（F4） 。它對大多數(shù)酸、酯、酮、醛、酚及脂肪烴、芳香烴、氯代烴等具有較好的耐受性 。40% 玻璃纖維增強(qiáng)和礦物增強(qiáng)的 PPS 棒材在耐化學(xué)品性方面與純 PPS 相近 。玻璃纖維和礦物本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在 PPS 基體中不會與常見化學(xué)品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此材料整體的耐化學(xué)品性能得以保持 。在化工領(lǐng)域的管道、閥門等零部件制造中，這兩種增強(qiáng)型 PPS 棒材都能適應(yīng)較為惡劣的化學(xué)環(huán)境 。

不過，PPS 不耐氯代聯(lián)苯及氧化性酸、氧化劑、濃硫酸、濃硝酸、王水、過氧化氫及次氯酸鈉等強(qiáng)氧化性化學(xué)品 。無論是玻璃纖維增強(qiáng)還是礦物增強(qiáng)，在這些強(qiáng)氧化性化學(xué)品環(huán)境中，PPS 棒材的性能都會受到嚴(yán)重影響 。

（二）阻燃性

PPS 本身具有優(yōu)異的阻燃性能，氧指數(shù)高達(dá) 44% 以上，屬于高阻燃材料，無需添加阻燃劑即可達(dá)到 UL94 V - 0 級阻燃標(biāo)準(zhǔn) 。40% 玻璃纖維增強(qiáng)和礦物增強(qiáng)的 PPS 棒材，其阻燃性能基本不受影響 。玻璃纖維和礦物在燃燒過程中不會促進(jìn) PPS 的燃燒，反而在一定程度上能夠起到阻隔熱量傳遞和抑制火焰蔓延的作用 。在電子電器、航空航天等對阻燃性能要求嚴(yán)格的領(lǐng)域，這兩種增強(qiáng)型 PPS 棒材都能滿足防火安全標(biāo)準(zhǔn) 。

綜上所述，40% 玻璃纖維增強(qiáng)的 PPS 棒材在拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲模量、熱變形溫度、高溫穩(wěn)定性以及綜合性能方面表現(xiàn)更為優(yōu)異，尤其適用于對材料力學(xué)性能和熱性能要求苛刻的場合，如汽車發(fā)動機(jī)周邊部件、航空航天結(jié)構(gòu)件等 。礦物增強(qiáng)型 PPS 棒材雖然在某些性能上稍遜一籌，但在一些對成本較為敏感且對性能要求相對不那么極端的應(yīng)用場景中，如部分電氣元件外殼、普通化工設(shè)備零部件等，也具有一定的應(yīng)用價值 。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的使用要求、成本預(yù)算等因素，合理選擇合適的增強(qiáng)型 PPS 棒材，以充分發(fā)揮材料的性能優(yōu)勢，滿足不同領(lǐng)域的多樣化需求 。