PS改性聚苯醚微发泡材料

  • 发布:2018/12/11 10:22:22
  • 来源:工程塑料应用

聚苯醚(PPE)树脂作为五大工程塑料之一,具有良好的阻燃性、耐高温性、电绝缘性、尺寸稳定性及优良的物理力学性能。PPE的长期使用温度范围为–127~121℃,且在长期负荷下具有优良的尺寸稳定性和突出的电绝缘性,因而广泛应用于电子电器工业、汽车工业、工业机械和外科医疗器械等。PPE具有加工性能差、耐冲击性能差等缺点,为了改善其加工性能,研究者常将PPE与聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二酯(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温性和阻燃性。商品PPE改性料中也经常加阻燃剂等来改善其阻燃性能。

轻量化、多功能化、加工过程环保成为材料加工行业升级换代的发展方向。聚合物微发泡材料具有尺寸为1~10 µm、且泡孔分布均匀的泡孔结构。相对于不发泡材料和常规聚合物泡沫材料,聚合物微孔材料具有轻质、高强、冲击强度高、绝热、介电常数低、热稳定性好和疲劳寿命长等优点,在航空航天轻质结构材料、微电子封装材料、汽车工业零部件和绝缘材料等高新技术领域具有重要的应用价值。但是,微发泡结构会在材料中引入大量含有空气的微孔孔洞,这增加了聚合物材料在燃烧时与空气的接触面积,因此降低了材料的阻燃性能。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的翟文涛博士团队选择两种聚苯乙烯(PS)改性聚苯醚商品料(PPE 340Z,PPE 540Z),以高压二氧化碳流体为发泡剂,通过固态发泡技术,制备了PPE微发泡材料。研究这两种材料的阻燃性能、发泡性能,以及PPE在发泡前后的阻燃性能,讨论微孔结构、孔隙率等对PPE树脂阻燃性能的影响。

PPE发泡材料制备

将PPE 340Z(PPE与PS的比例是9∶5)、PPE 540Z(PPE与PS的比例是14∶5)树脂颗粒在100℃干燥3 h,采用平板硫化机对PPE进行压片,温度为250℃,压力为10 MPa,保压时间为6 min,制得试样。

将上述制备的PPE片置于高压釜中,采用二氧化碳为发泡剂进行饱和,压力为4 MPa,饱和时间为12 h。泄压后快速从高压釜中取出样品,并放入不同温度(120~180℃)的油浴中进行发泡,发泡时间为20 s。取出样品后,根据相关测试标准制成标准试样。

PPE的发泡行为

PPE 340Z和PPE 540Z微发泡材料的膨胀倍率均随发泡温度的升温而逐渐升高,达到最大膨胀倍率后逐渐降低。

PPE的阻燃行为

PPE 540Z比PPE 340Z树脂具有较高的LOI值,经过微发泡后,对于相似的膨胀倍率的微发泡材料,PPE 540Z也有相对较高的LOI值。对于两种PPE微发泡材料,无论其膨胀倍率是多少,燃烧过程中均没有产生熔滴现象。

PPE的力学性能

无论发泡与否,PPE 540Z的力学性能都优于PPE 340Z。随着膨胀倍率的提高,PPE340Z和PPE540Z的拉伸弹性模量和拉伸强度都逐渐降低。PPE 540Z在膨胀倍率为4.5时,比强度为67.5 MPa/(g/cm3),甚至优于未发泡材料。

经过分析可以看出,以高压二氧化碳流体为发泡剂,采用固态发泡技术制备了两种PPE微发泡材料。

无论材料发泡与否,PPE 540Z的阻燃性能都优于PPE 340Z,随着膨胀倍率的提高,发泡材料的阻燃性能也逐渐降低,重要的是,燃烧过程中都不产生熔滴,这也说明了PPE是很好的成炭剂。

随着膨胀倍率的提高,PPE微发泡材料的力学性能逐渐降低,但PPE 540Z微发泡材料的比强度在膨胀倍率为4.5时优于未发泡材料。良好的力学性能拓宽了材料的应用领域。

该文章是国家自然科学基金项目,广东省佛山市高明区科技创新专项项目。摘自《工程塑料应用》2018年第11期115-120页的中国科学院宁波材料技术与工程研究所的翟文涛博士,李蝶,黄朋科等的内容。doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2018.11.024

关键词:

PS,改性聚苯醚微发泡材料

[责任编辑:张赞丽]

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