超临界二氧化碳制备高强度阻燃聚苯醚复合发泡材料

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.11.004

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (11): 21-26.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.11.004

超临界二氧化碳制备高强度阻燃聚苯醚复合发泡材料

吕正阳¹, 邱健²(), 邢海平²(), 姜治伟², 刘杰², 唐涛², 李三喜¹()

^1.沈阳工业大学环境与化学工程学院，沈阳 110870
^2.中国科学院长春应用化学研究所，高分子物理与化学国家重点实验室，长春 130022

收稿日期:2024-02-02 出版日期:2024-11-26 发布日期:2024-11-21
通讯作者: 邢海平（1983—），男，副研究员，从事高性能聚合物发泡材料的制备与应用研究， hpxing@ciac.ac.cn
邱健（1980—），男，助理研究员，从事高性能聚合物发泡材料的制备与应用研究，qiujian@ciac.ac.cn
李三喜（1962—），男，教授，从事烯烃催化聚合与精细化学品的合成研究，sanxili@hotmail.com
E-mail:qiujian@ciac.ac.cn;hpxing@ciac.ac.cn;sanxili@hotmail.com
基金资助:
吉林省科技发展计划项目(YDZJ202303CGZH021)

Preparation of high⁃strength flame⁃retardant poly（phenylene ether） composite foams using supercritical carbon dioxide

LYU Zhengyang¹, QIU Jian²(), XING Haiping²(), JIANG Zhiwei², LIU Jie², TANG Tao², LI Sanxi¹()

^1.School of Environmental and Chemical Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China
^2.State Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry，Changchun Institute of Applied Chemistry Chinese Academy of Sciences，Changchun 130022，China

Received:2024-02-02 Online:2024-11-26 Published:2024-11-21
Contact: QIU Jian, XING Haiping, LI Sanxi E-mail:qiujian@ciac.ac.cn;hpxing@ciac.ac.cn;sanxili@hotmail.com

摘要/Abstract

摘要：

通过在聚苯醚（PPO）基材中引入间规聚苯乙烯（sPS）替代高抗冲聚苯乙烯（HIPS），并添加了苯乙烯⁃乙烯/丁二烯⁃苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）和无卤阻燃剂，结合超临界二氧化碳发泡技术，制备了高强度、高阻燃聚苯醚复合发泡材料。研究了sPS引入对复合材料体系力学性能、发泡行为以及发泡材料压缩强度、阻燃性能的影响。结果表明：sPS的加入大幅度提高了复合材料的刚性和熔体黏弹性；增大的熔体黏弹性提高了复合材料的可发性；加入23 %（质量分数，下同） sPS时，发泡倍率从5.9倍提高至36倍；复配无卤阻燃剂，能明显提升复合材料的阻燃性能；PPO/HIPS/sPS复合发泡材料密度为0.14 g/cm³时，阻燃等级达到 UL94 V⁃0级，极限氧指数（LOI）为27.4 %；在相同密度0.29 g/cm³时，加入23 % sPS的PPO/HIPS/sPS复合发泡材料的压缩强度从1.9 MPa提高至6.4 MPa。

关键词: 聚苯醚, 泡沫材料, 阻燃, 力学性能

Abstract:

In this study， a type of high⁃strength and high⁃flame retardant polyphenylene ether （PPO） composite foams was prepared by using syndiotactic polystyrene （sPS） instead of high⁃impact polystyrene （HIPS）， styrene⁃ethylene/butadiene⁃styrene block copolymers （SEBS）， and halogen⁃free flame retardants through supercritical carbon dioxide foaming. The effect of sPS on the mechanical properties， foaming behavior， compressive strength， and flame⁃retardant performance of the composite foams were investigated. The results indicated that the introduction of sPS improved the rigidity and melt viscoelasticity of the composites significantly. The foamability of the composites was enhanced with an increase in the melt viscoelasticity. When 23 wt% sPS was added， the foaming rate of the composites increased from 5.9 to 36 times. The introduction of composite halogen⁃free flame retardants improved the flame⁃retardant performance of composite foams significantly. The PPO/HIPS/sPS composite foam with a density of 0.14 g/cm³ reached a flame⁃retardant grade of the UL94 V⁃0 rating and exhibited a limiting oxygen index of 27.4 vol%. At a density of 0.29 g/cm³， the PPO/HIPS/sPS composite foam containing 23 wt% of sPS presented an increase in the compressive strength from 1.9 MPa to 6.4 MPa.

Key words: poly（phenylene ether）, foam material, flame retardant, mechanical property

中图分类号:

TQ326.53

吕正阳, 邱健, 邢海平, 姜治伟, 刘杰, 唐涛, 李三喜. 超临界二氧化碳制备高强度阻燃聚苯醚复合发泡材料[J]. 中国塑料, 2024, 38(11): 21-26.

LYU Zhengyang, QIU Jian, XING Haiping, JIANG Zhiwei, LIU Jie, TANG Tao, LI Sanxi. Preparation of high⁃strength flame⁃retardant poly（phenylene ether） composite foams using supercritical carbon dioxide[J]. China Plastics, 2024, 38(11): 21-26.

图/表 10

样品编号	PPO	sPS	HIPS	SEBS	BDP	TPP	ZB	抗氧剂
PPO⁃0sPS	50	0	23	5	10	7	5	0.3
PPO⁃5sPS	50	5	18	5	10	7	5	0.3
PPO⁃10sPS	50	10	13	5	10	7	5	0.3
PPO⁃15sPS	50	15	8	5	10	7	5	0.3
PPO⁃23sPS	50	23	0	5	10	7	5	0.3

表1 不同sPS含量的PPO/HIPS/sPS复合材料配方 (份)

Tab.1 Formula of the PPO/HIPS/sPS composites with different sPS contents

图1 sPS含量对PPO/HIPS/sPS复合材料的力学性能的影响

Fig.1 Effect of sPS content on mechanical properties of the PPO/HIPS/sPS composites

图2 不同sPS含量PPO/HIPS/sPS复合材料的DSC曲线

Fig.2 DSC curves of the PPO/HIPS/sPS composites with different sPS contents

图3 sPS与PPO/HIPS/sPS复合材料的WAXD谱图

Fig.3 WAXD spectra the of sPS and PPO/HIPS/sPS composites

图4 sPS含量对PPO/HIPS/sPS复合材料流变行为的影响

Fig.4 Effect of sPS content on rheological behavior of the PPO/HIPS/sPS composites

图5 不同sPS含量PPO/HIPS/sPS复合材料的膨胀倍率与发泡温度的关系

Fig.5 Relationship between expansion rate and foaming temperature of the PPO/HIPS/sPS composites with different sPS contents

图6 PPO/HIPS/sPS复合材料不同发泡温度下泡沫的泡孔形貌（发泡压力=8.0 MPa）

Fig.6 Cell morphology of foam of the PPO/HIPS/sPS composites at different foaming temperature（foaming pressure=8.0 MPa）

样品	发泡温度/℃	泡孔直径/μm	泡孔密度/个·cm^-3
PPO⁃10sPS	150	89	5.4×10⁹
	160	65	4.4×10⁹
	170	55	2.9×10⁹
PPO⁃15sPS	150	65	1.0×10¹⁰
	160	58	9.7×10⁹
	170	51	5.5×10⁹
PPO⁃23sPS	150	60	1.1×10¹⁰
	160	55	4.2×10⁹
	170	37	3.4×10⁹

表2 复合材料在不同发泡温度下的泡孔尺寸和泡孔密度

Tab.2 Cell size and cell density of the PPO/HIPS/SPS composite at different foaming temperature

样品	密度/g·cm^-3	LOI/%	厚度/mm	t₁/s	t₂/s	是否滴落	等级
PPO⁃0sPS	0.29	29.7	3	7	—	是	V⁃2
PPO⁃0sPS	0.29	29.7	5	3	4	否	V⁃0
PPO⁃5sPS	0.29	29.4	3	5	—	是	V⁃2
PPO⁃5sPS	0.29	29.4	5	4	3	否	V⁃0
PPO⁃10sPS	0.14	27.5	5	7	—	是	V⁃2
PPO⁃10sPS	0.14	27.5	7	5	3	否	V⁃0
PPO⁃15sPS	0.14	27.4	5	5	—	是	V⁃2
	0.14	27.4	7	4	5	否	V⁃0
	0.10	26.8	3	2	—	是	V⁃2
			5	7	—	是	V⁃2
			8	10	—	是	V⁃2
PPO⁃23sPS	0.20	28.4	5	7	—	是	V⁃2
	0.20	28.4	8	6	4	否	V⁃0
	0.14	27.3	8	7	—	是	V⁃2
	0.10	26.5	8	8	—	是	V⁃2

表3 PPO/HIPS/sPS复合发泡材料的阻燃性能

Tab.3 Flame retardant properties of the PPO/HIPS/sPS composite foams

图7 复合材料泡沫的压缩性能

Fig.7 Compressive properties of the composite foams

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超临界二氧化碳制备高强度阻燃聚苯醚复合发泡材料

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