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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)良的物理力學性能。PPE的長期使用溫度范圍為–127～121℃，且在長期負荷下具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和突出的電絕緣性，因而廣泛應用于電子電器工業(yè)、汽車工業(yè)、工業(yè)機械和外科醫(yī)療器械等。PPE具有加工性能差、耐沖擊性能差等缺點，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。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、沖擊強度高、絕熱、介電常數(shù)低、熱穩(wěn)定性好和疲勞壽命長等優(yōu)點，在航空航天輕質(zhì)結(jié)構材料、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領域具有重要的應用價值。但是，微發(fā)泡結(jié)構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。
????????中國科學院寧波材料技術與工程研究所的翟文濤博士團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，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、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，采用平板硫化機對PPE進行壓片，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℃)的油浴中進行發(fā)泡，發(fā)泡時間為20 s。取出樣品后，根據(jù)相關測試標準制成標準試樣。
????????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的力學性能
????????無論發(fā)泡與否，PPE 540Z的力學性能都優(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度都逐漸降低。PPE 540Z在膨脹倍率為4.5時，比強度為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)泡材料的力學性能逐漸降低，但PPE 540Z微發(fā)泡材料的比強度在膨脹倍率為4.5時優(yōu)于未發(fā)泡材料。良好的力學性能拓寬了材料的應用領域。
????????該文章是國家自然科學基金項目，廣東省佛山市高明區(qū)科技創(chuàng)新專項項目。摘自《工程塑料應用》2018年第11期115-120頁的中國科學院寧波材料技術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
