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PS改性聚苯醚微發(fā)泡材料
????????聚苯醚(PPE)樹脂作為五大工程塑料之一，具有良好的阻燃性、耐高溫性、電絕緣性、尺寸穩(wěn)定性及優(yōu)良的物理力學(xué)性能。PPE的長期使用溫度范圍為–127～121℃，且在長期負(fù)荷下具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和突出的電絕緣性，因而廣泛應(yīng)用于電子電器工業(yè)、汽車工業(yè)、工業(yè)機(jī)械和外科醫(yī)療器械等。PPE具有加工性能差、耐沖擊性能差等缺點(diǎn)，為了改善其加工性能，研究者常將PPE與聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)共混。共混改性改善了PPE的加工性能，但也在一定程度上降低了其耐溫性和阻燃性。商品PPE改性料中也經(jīng)常加阻燃劑等來改善其阻燃性能。
????????輕量化、多功能化、加工過程環(huán)保成為材料加工行業(yè)升級換代的發(fā)展方向。聚合物微發(fā)泡材料具有尺寸為1～10 μm、且泡孔分布均勻的泡孔結(jié)構(gòu)。相對于不發(fā)泡材料和常規(guī)聚合物泡沫材料，聚合物微孔材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、沖擊強(qiáng)度高、絕熱、介電常數(shù)低、熱穩(wěn)定性好和疲勞壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、微電子封裝材料、汽車工業(yè)零部件和絕緣材料等高新技術(shù)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。但是，微發(fā)泡結(jié)構(gòu)會在材料中引入大量含有空氣的微孔孔洞，這增加了聚合物材料在燃燒時與空氣的接觸面積，因此降低了材料的阻燃性能。
????????中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的翟文濤博士團(tuán)隊選擇兩種聚苯乙烯(PS)改性聚苯醚商品料(PPE 340Z，PPE 540Z)，以高壓二氧化碳流體為發(fā)泡劑，通過固態(tài)發(fā)泡技術(shù)，制備了PPE微發(fā)泡材料。研究這兩種材料的阻燃性能、發(fā)泡性能，以及PPE在發(fā)泡前后的阻燃性能，討論微孔結(jié)構(gòu)、孔隙率等對PPE樹脂阻燃性能的影響。
????????PPE發(fā)泡材料制備
????????將PPE 340Z(PPE與PS的比例是9∶5)、PPE 540Z(PPE與PS的比例是14∶5)樹脂顆粒在100℃干燥3 h，采用平板硫化機(jī)對PPE進(jìn)行壓片，溫度為250℃，壓力為10 MPa，保壓時間為6 min，制得試樣。
????????將上述制備的PPE片置于高壓釜中，采用二氧化碳為發(fā)泡劑進(jìn)行飽和，壓力為4 MPa，飽和時間為12 h。泄壓后快速從高壓釜中取出樣品，并放入不同溫度(120～180℃)的油浴中進(jìn)行發(fā)泡，發(fā)泡時間為20 s。取出樣品后，根據(jù)相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。
????????PPE的發(fā)泡行為
????????PPE 340Z和PPE 540Z微發(fā)泡材料的膨脹倍率均隨發(fā)泡溫度的升溫而逐漸升高，達(dá)到最大膨脹倍率后逐漸降低。
????????PPE的阻燃行為
????????PPE 540Z比PPE 340Z樹脂具有較高的LOI值，經(jīng)過微發(fā)泡后，對于相似的膨脹倍率的微發(fā)泡材料，PPE 540Z也有相對較高的LOI值。對于兩種PPE微發(fā)泡材料，無論其膨脹倍率是多少，燃燒過程中均沒有產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象。
????????PPE的力學(xué)性能
????????無論發(fā)泡與否，PPE 540Z的力學(xué)性能都優(yōu)于PPE 340Z。隨著膨脹倍率的提高，PPE340Z和PPE540Z的拉伸彈性模量和拉伸強(qiáng)度都逐漸降低。PPE 540Z在膨脹倍率為4.5時，比強(qiáng)度為67.5 MPa/(g/cm3)，甚至優(yōu)于未發(fā)泡材料。
????????經(jīng)過分析可以看出，以高壓二氧化碳流體為發(fā)泡劑，采用固態(tài)發(fā)泡技術(shù)制備了兩種PPE微發(fā)泡材料。
????????無論材料發(fā)泡與否，PPE 540Z的阻燃性能都優(yōu)于PPE 340Z，隨著膨脹倍率的提高，發(fā)泡材料的阻燃性能也逐漸降低，重要的是，燃燒過程中都不產(chǎn)生熔滴，這也說明了PPE是很好的成炭劑。
????????隨著膨脹倍率的提高，PPE微發(fā)泡材料的力學(xué)性能逐漸降低，但PPE 540Z微發(fā)泡材料的比強(qiáng)度在膨脹倍率為4.5時優(yōu)于未發(fā)泡材料。良好的力學(xué)性能拓寬了材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
????????該文章是國家自然科學(xué)基金項目，廣東省佛山市高明區(qū)科技創(chuàng)新專項項目。摘自《工程塑料應(yīng)用》2018年第11期115-120頁的中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的翟文濤博士，李蝶，黃朋科等的內(nèi)容。doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2018.11.024
