增强型 PPS 棒材性能解析：玻璃纤维 40% 含量与矿物增强对比

在现代工业生产中，聚苯硫醚（PPS）作为一种高性能的特种工程塑料，凭借其出色的综合性能，在电子、汽车、航空航天以及化工等众多领域中得到了广泛应用。为了进一步拓展 PPS 的应用范围，提升其在特定工况下的性能表现，常常会对其进行增强改性处理。在诸多增强方式中，玻璃纤维增强和矿物增强是较为常见的两种手段。本文将聚焦于 40% 玻璃纤维含量的 PPS 棒材与矿物增强型 PPS 棒材，深入剖析二者在性能方面的差异。

一、一般性能

（一）外观与颜色

通常情况下，纯 PPS 呈现为白色、具有高结晶度的聚合物，质地硬而脆。经过 40% 玻璃纤维增强后的 PPS 棒材，颜色往往会因玻璃纤维的加入而发生改变，常见为米色或黑色等，这主要取决于玻璃纤维的种类以及生产工艺中是否添加其他助剂等因素 。而矿物增强的 PPS 棒材，其外观颜色同样会因所使用的矿物种类不同而有所差异。例如，若采用白色的矿物进行增强，产品外观可能依然偏白色调；若采用深色矿物，棒材颜色则会相应变深。

（二）密度

纯 PPS 的相对密度约为 1.3g/cm³ ，当加入 40% 玻璃纤维后，由于玻璃纤维自身密度相对较高（一般在 2.5 - 2.7g/cm³），使得 PPS 棒材的密度显著增加，通常可达 1.6 - 1.67g/cm³ 。对于矿物增强型 PPS 棒材而言，其密度变化则取决于所选用矿物的密度。若使用密度较大的矿物，如某些金属氧化物矿物，棒材密度可能会进一步增大，甚至超过玻璃纤维增强型 PPS 棒材；若采用密度相对较小的矿物，如部分轻质碳酸钙等，其密度增加幅度则相对较小，但总体仍会高于纯 PPS 的密度 。

（三）吸水率

PPS 本身吸水率极低，一般在 0.03% 左右，这一特性使得其在潮湿环境中能保持良好的尺寸稳定性。无论是 40% 玻璃纤维增强还是矿物增强的 PPS 棒材，吸水率基本维持在较低水平，通常在 0.02% - 0.03% 之间（按照 ISO 62 标准测试） 。这是因为玻璃纤维和矿物本身吸水性较差，且在与 PPS 基体复合后，并未显著改变 PPS 材料的分子结构和表面特性，从而使得材料整体依然具备优异的耐水性能，在潮湿环境下也能稳定发挥其性能。

二、机械性能

（一）拉伸强度

纯 PPS 的拉伸强度相对不高，约为 6MPa 。当加入 40% 玻璃纤维后，玻璃纤维作为增强相，能够有效地承担外部拉伸载荷，使得 PPS 棒材的拉伸强度得到大幅度提升，断裂时的拉伸强度可达 137 - 175MPa（不同测试标准下数值略有差异，如按照 ISO 527 标准，5mm/min 拉伸速率时可达 137MPa 左右；按照其他一些标准测试，数值可能会更高） 。玻璃纤维的高强度以及与 PPS 基体良好的界面结合，是实现强度提升的关键因素。

矿物增强型 PPS 棒材的拉伸强度则因矿物种类和形态的不同而有所变化。一些具有片状或纤维状结构的矿物，在合理分散的情况下，也能够在一定程度上增强 PPS 的拉伸强度。例如，使用云母粉增强的 PPS 棒材，拉伸强度可能提升至 80 - 120MPa 左右；而若采用普通的颗粒状矿物，增强效果相对较弱，拉伸强度提升幅度有限，可能仅达到 70 - 90MPa 。总体而言，在拉伸强度方面，40% 玻璃纤维增强的 PPS 棒材具有明显优势 。

（二）冲击强度

纯 PPS 的冲击强度较低，如悬臂梁缺口冲击强度仅为 27J/m 左右 。40% 玻璃纤维增强后，冲击强度可显著提高，一般能达到 76 - 110J/m（不同测试标准下有所不同） 。玻璃纤维的存在能够阻碍裂纹的扩展，当材料受到冲击时，玻璃纤维可以吸收部分冲击能量，从而提高材料的韧性。

矿物增强对 PPS 冲击强度的影响较为复杂。多数情况下，由于矿物颗粒与 PPS 基体的界面结合力相对较弱，且矿物本身的脆性较大，在受到冲击时容易引发应力集中，导致矿物增强型 PPS 棒材的冲击强度提升不明显，甚至在某些情况下会出现冲击强度降低的现象 。例如，使用碳酸钙等常规矿物增强的 PPS 棒材，其悬臂梁缺口冲击强度可能仍维持在 30 - 50J/m 之间，远低于 40% 玻璃纤维增强型 PPS 棒材 。

（三）弯曲模量

弯曲模量反映了材料的刚性。纯 PPS 的弯曲模量约为 3.8GPa 。40% 玻璃纤维增强后，棒材的弯曲模量大幅提升，可达 12.6 - 16GPa（如按照 ISO 178 标准，23°C 时弯曲模量可达 16GPa 左右） 。玻璃纤维的高模量特性使得 PPS 材料的刚性显著增强，在承受弯曲载荷时能够保持较好的形状稳定性，不易发生变形 。

矿物增强型 PPS 棒材的弯曲模量同样会有所提高，但提升幅度相对较小。一些片状矿物增强的 PPS 棒材，弯曲模量可能达到 8 - 10GPa 左右；而颗粒状矿物增强的产品，弯曲模量可能在 6 - 8GPa 之间 。相较于 40% 玻璃纤维增强的 PPS 棒材，矿物增强型在刚性方面仍存在一定差距 。

（四）耐蠕变性与耐磨性

PPS 本身在负荷下就具有较好的耐蠕变性，硬度较高，耐磨性也较为出色，1000 转时的磨耗量仅为 0.04g 。40% 玻璃纤维增强后，进一步提升了材料的耐蠕变性能，在长期承受较高载荷时，能够更好地保持形状和尺寸稳定性 。同时，玻璃纤维的存在使得材料表面硬度增加，耐磨性进一步改善 。

矿物增强型 PPS 棒材在耐蠕变性方面也有一定程度的提升，特别是当矿物在基体中能够均匀分散并形成有效支撑结构时 。在耐磨性方面，若采用一些具有润滑作用的矿物，如二硫化钼等，可在一定程度上降低材料的摩擦系数，提高耐磨性；但如果是普通矿物，其对耐磨性的提升效果则不如玻璃纤维增强型明显 。总体来说，在耐蠕变性和耐磨性方面，40% 玻璃纤维增强的 PPS 棒材略胜一筹 。

三、热学性能

（一）热变形温度

PPS 本身具有优异的热性能，短期可耐 260°C，并可在 200 - 240°C 下长期使用 。40% 玻璃纤维增强的 PPS 棒材，热变形温度得到进一步提高。在 1.8MPa 载荷下（按照 ISO 75 标准测试），热变形温度可达 270 - 280°C 左右 。玻璃纤维的加入限制了 PPS 分子链的运动，使得材料在高温下能够保持更好的尺寸稳定性和力学性能 。

矿物增强型 PPS 棒材的热变形温度同样会有所提升，但其提升幅度因矿物种类而异。一些耐高温的矿物，如滑石粉等，能够有效提高 PPS 的热变形温度，可能使其达到 250 - 270°C 之间；而部分矿物对热变形温度的提升效果相对有限 。整体来看，40% 玻璃纤维增强型在热变形温度方面稍占优势 。

（二）高温稳定性

在高温环境下，40% 玻璃纤维增强的 PPS 棒材能够保持较高的刚度、强度和抗蠕变性。玻璃纤维在高温下依然能够发挥增强作用，保证材料结构的完整性 。例如，在 200°C 以上的高温环境中，其力学性能下降幅度相对较小，能够持续满足一些高温工况下的使用要求 。

矿物增强型 PPS 棒材在高温稳定性方面也有一定表现，但不同矿物的增强效果差异较大。一些与 PPS 基体相容性好且耐高温的矿物，可使材料在高温下保持较好的性能；但部分矿物在高温下可能与 PPS 基体发生化学反应，或者因热膨胀系数不匹配而导致材料内部产生应力集中，从而影响材料的高温稳定性 。总体而言，40% 玻璃纤维增强的 PPS 棒材在高温稳定性方面表现更为可靠 。

四、电学性能

（一）电绝缘性

PPS 的电性能十分突出，介电常数和介电损耗角正切值较低，并且在较宽的频率、温度及湿度范围内变化不大 。无论是 40% 玻璃纤维增强还是矿物增强的 PPS 棒材，都基本保持了 PPS 良好的电绝缘性能 。玻璃纤维和矿物本身一般不具备导电性能，在与 PPS 复合后，并未对 PPS 的分子结构和电子云分布产生明显影响，因此材料的电绝缘性能得以维持 。在制作对电性能要求较高的电气元件外壳等产品时，两种增强型 PPS 棒材均可满足需求 。

（二）耐电弧性能

PPS 的耐电弧性能良好，可与热固性塑料媲美 。40% 玻璃纤维增强和矿物增强的 PPS 棒材在耐电弧性能方面同样表现出色 。在电弧作用下，材料表面不易形成导电通道，能够有效防止材料被击穿，保证电气设备的安全运行 。在电气开关、继电器等需要频繁接触电弧的零部件制造中，这两种增强型 PPS 棒材都具有应用潜力 。

五、化学性能

（一）耐化学品性

PPS 的化学稳定性良好，仅次于聚四氟乙烯（F4） 。它对大多数酸、酯、酮、醛、酚及脂肪烃、芳香烃、氯代烃等具有较好的耐受性 。40% 玻璃纤维增强和矿物增强的 PPS 棒材在耐化学品性方面与纯 PPS 相近 。玻璃纤维和矿物本身化学性质稳定，在 PPS 基体中不会与常见化学品发生化学反应，因此材料整体的耐化学品性能得以保持 。在化工领域的管道、阀门等零部件制造中，这两种增强型 PPS 棒材都能适应较为恶劣的化学环境 。

不过，PPS 不耐氯代联苯及氧化性酸、氧化剂、浓硫酸、浓硝酸、王水、过氧化氢及次氯酸钠等强氧化性化学品 。无论是玻璃纤维增强还是矿物增强，在这些强氧化性化学品环境中，PPS 棒材的性能都会受到严重影响 。

（二）阻燃性

PPS 本身具有优异的阻燃性能，氧指数高达 44% 以上，属于高阻燃材料，无需添加阻燃剂即可达到 UL94 V - 0 级阻燃标准 。40% 玻璃纤维增强和矿物增强的 PPS 棒材，其阻燃性能基本不受影响 。玻璃纤维和矿物在燃烧过程中不会促进 PPS 的燃烧，反而在一定程度上能够起到阻隔热量传递和抑制火焰蔓延的作用 。在电子电器、航空航天等对阻燃性能要求严格的领域，这两种增强型 PPS 棒材都能满足防火安全标准 。

综上所述，40% 玻璃纤维增强的 PPS 棒材在拉伸强度、冲击强度、弯曲模量、热变形温度、高温稳定性以及综合性能方面表现更为优异，尤其适用于对材料力学性能和热性能要求苛刻的场合，如汽车发动机周边部件、航空航天结构件等 。矿物增强型 PPS 棒材虽然在某些性能上稍逊一筹，但在一些对成本较为敏感且对性能要求相对不那么极端的应用场景中，如部分电气元件外壳、普通化工设备零部件等，也具有一定的应用价值 。在实际工程应用中，应根据具体的使用要求、成本预算等因素，合理选择合适的增强型 PPS 棒材，以充分发挥材料的性能优势，满足不同领域的多样化需求 。