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(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、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(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(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。(文章來源于網(wǎng)絡(luò))