一种高强聚苯硫醚泡沫及其制备成型方法

摘要

本发明公开一种高强聚苯硫醚(PPS)泡沫及其制备成型方法，其特点是首先采用耐高温、高熔体粘度聚苯醚(PPO)提升PPS粘弹性，基于柔韧性优异的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，制备官能化HIPS增容剂，以增强PPS/PPO共混体系各组分间界面键合作用、相容性及分子的柔顺性，从而提升PPS体系拉伸取向程度及微孔发泡能力；进一步建立固相口模拉伸取向‑超临界CO2微孔发泡技术，实现PPS分子沿拉伸方向有序排列，形成高度取向结晶结构，并在发泡过程中保持其较高取向程度，从而构建高度取向PPS基微孔泡沫，大幅提升其力学强度，在国防军工、航空航天等领域具有较好应用前景。

权利要求

1.一种高强聚苯硫醚(PPS)泡沫，其特征在于该泡沫的制备成型方法包括PPS/PPO增容共混物制备及高强PPS基泡沫制备两个步骤：(1)所述PPS/PPO增容共混物的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将1～30份HIPS、0.01～3份抗氧剂、0.01～2份引发剂、0.5～5份活性单体加入密炼机中，于160～200℃下反应5～30min，得到官能化HIPS增容剂；

将100份PPS、5‑50份PPO、1～30份官能化HIPS及0.1‑5份抗氧剂加入双螺杆挤出机中熔融挤出，加工温度为260～330℃，螺杆转速为60‑200rpm；进一步将PPS/PPO增容共混物进行3

压制成型，制成尺寸为120×120×2mm 的样片，压制温度为290‑330℃，压制压力为10‑

50MPa，压制时间为5‑30min；

所述抗氧剂为四[β‑(3，5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即：Irganox1010)、N,N'‑双‑[3‑(3,5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酰基]己二胺(即：Irganox 

1098)、β‑(4‑羟基‑3，5‑二叔丁基苯基)丙酸十八醇酯(即：Irganox 1076)、三甘醇双‑3‑(3‑叔丁基‑4‑羟基‑5‑甲基苄基)丙酸酯(即：Irganox 245)、2,6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚(即：BHT(264))中的任一种；所述引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的任一种；所述活性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐中的任一种；

(2)所述高强PPS基泡沫的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将所得PPS/PPO样片固定在固相热拉伸装置上，于60～220℃下恒温3～60min，然后进行拉伸取向，拉伸速率为5～1000mm/min，待拉伸倍率达到0.5‑4倍后停止拉伸、冷却、卸载、取样，得到取向PPS/PPO试样；随后将其置于50～200℃的高压发泡釜中，向釜体内充入CO2，使釜内压力达5～20MPa，保持0.5～24h，随后快速泄压，取出样品冷却，得到高强PPS基泡沫。

说明书

一种高强聚苯硫醚泡沫及其制备成型方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高强聚苯硫醚泡沫及其制备成型方法，属于聚合物加工领域。

背景技术

[0002] 聚合物泡沫材料具有质轻、高比强度/比刚度、优异的能量吸收特性及隔热、吸声特性等而应用广泛，当用于国防军工、航空航天等领域时，对其耐热性、力学性能等提出了更高要求。聚苯硫醚(PPS)作为耐高温热塑性结晶型特种工程塑料是热塑性塑料中热稳定性最高的树脂之一，具有较高的力学强度和模量，优良的阻燃性、耐腐蚀性、电绝缘性等，广泛用于电子电器、石油化工、汽车、精密机械、航空航天和国防等领域。针对PPS泡沫材料的研究报道较少：杨杰等，塑料工业，2012，40(2)：31，采用sc‑CO2间歇发泡法成功制备了PPS泡沫材料，发现在CO2浸泡过程中PPS发生了压力诱导结晶，在温度为80℃、压力为20MPa时，在CO2中浸泡2h的PPS试样可以发泡，而延长浸泡时间至4h和8h的试样则由于结晶度较高而不能发泡；李静莉等，中国塑料，2012，26(9)：72，以超临界氮气(sc‑N2)为发泡剂、采用注射成型法制备了微孔化PPS泡沫塑料，表明随sc‑N2含量增大，泡孔密度上升，随模具流道的延长及熔胶量位置降低，泡孔孔径增大，泡孔密度降低，力学性能及介电常数也相应降低。然而常规的发泡方法对PPS泡沫结构均匀性与力学性能提升十分有限。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高强聚苯硫醚泡沫及其制备成型方法，其特点是首先采用耐高温、高熔体粘度聚苯醚(PPO)提升PPS粘弹性，基于柔韧性优异的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，制备官能化HIPS增容剂，以增强PPS/PPO共混体系各组分间界面键合作用、相容性及分子的柔顺性，从而提升PPS体系拉伸取向程度及微孔发泡能力；进一步建立固相口模拉伸取向‑超临界CO2微孔发泡技术，实现PPS分子沿拉伸方向有序排列，形成高度取向结晶结构，并在发泡过程中保持其较高取向程度，从而构建高度取向PPS基微孔泡沫，大幅提升其力学强度。

[0004] 本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。

[0005] 一种高强聚苯硫醚泡沫及其制备成型方法包括以下步骤：

[0006] ·PPS/PPO增容共混物制备

[0007] 将1～30份HIPS、0.01～3份抗氧剂、0.01～2份引发剂、0.5～5份活性单体加入密炼机中，于160～200℃下反应5～30min，得到官能化HIPS增容剂；

[0008] 将100份PPS、5‑50份PPO、1～30份官能化HIPS及0.1‑5份抗氧剂加入双螺杆挤出机中熔融挤出，加工温度为260～330℃，螺杆转速为60‑200rpm；进一步将PPS/PPO增容共混物3
进行压制成型，制成尺寸为120×120×2mm的样片，压制温度为290‑330℃，压制压力为10‑
50MPa，压制时间为5‑30min；

[0009] 所述抗氧剂为四[β‑(3，5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即：Irganox1010)、N,N'‑双‑[3‑(3,5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酰基]己二胺(即：Irganox 
1098)、β‑(4‑羟基‑3，5‑二叔丁基苯基)丙酸十八醇酯(即：Irganox 1076)、三甘醇双‑3‑(3‑叔丁基‑4‑羟基‑5‑甲基苄基)丙酸酯(即：Irganox 245)、2,6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚(即：
BHT(264))中的任一种；

[0010] 所述引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的任一种；

[0011] 所述活性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐中的任一种。

[0012] ·高强PPS基泡沫制备

[0013] 将所得PPS/PPO样片固定在固相热拉伸装置上，于60～220℃下恒温3～60min，然后进行拉伸取向，拉伸速率为5～1000mm/min，待拉伸倍率达到0.5‑4倍后停止拉伸、冷却、卸载、取样，得到取向PPS/PPO试样；随后将其置于50～200℃的高压发泡釜中，向釜体内充入CO2，使釜内压力达5～20MPa，保持0.5～24h，随后快速泄压，取出样品冷却，得到高强PPS基泡沫。

[0014] 本发明制备的高强PPS泡沫，其拉伸强度可达121.7MPa，拉伸模量可达3228.6MPa。

[0015] 本发明具有如下优点：

[0016] 本发明针对PPS泡沫在国防军工、航空航天等领域的应用要求，旨在制备一种耐热高强PPS泡沫，其特点如下：

[0017] ·采用耐高温、高熔体粘度PPO提升PPS粘弹性，基于柔韧性优异的HIPS，通过简便高效的反应性熔体加工方法，在其分子上接枝环氧基、酸酐等活性官能基，制备官能化HIPS增容剂，利用其与PPO较好的相容性，及其接枝的活性官能基与PPS分子硫醇基的开环反应，在共混体系各组分间形成化学键合作用，提高其界面相容性及分子的柔顺性；

[0018] ·研究建立固相口模拉伸取向‑超临界CO2微孔发泡技术，在PPS玻璃化转变温度与熔点间的温度下进行拉伸取向，促进PPS分子沿拉伸方向有序排列，形成高度取向结晶结构，并在略低于取向温度的条件下进行超临界CO2发泡，以在发泡过程中保持其较高取向程度，从而构建泡壁分子高度取向的PPS基微孔泡沫，大幅提升其力学强度。

具体实施方式

[0019] 下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

[0020] 实施例1

[0021] 将5份HIPS、0.1份抗氧剂、0.05份引发剂、1份活性单体加入密炼机中，于160℃下反应30min，得到官能化HIPS增容剂；将100份PPS、10份PPO、5份官能化HIPS及1份抗氧剂加入双螺杆挤出机中熔融挤出，加工温度为260～330℃，螺杆转速为120rpm；进一步将PPS/3
PPO增容共混物进行压制成型，制成尺寸为120×120×2mm的样片，压制温度为290℃，压制压力为30MPa，压制时间为25min；

[0022] 将所得PPS/PPO样片固定在固相热拉伸装置上，于90℃下恒温3min，然后进行拉伸取向，拉伸速率为20mm/min，待拉伸倍率达到1倍后停止拉伸、冷却、卸载、取样，得到取向PPS/PPO试样；随后将其置于60℃的高压发泡釜中，向釜体内充入CO2，使釜内压力达10MPa，保持12h，随后快速泄压，取出样品冷却，得到高强PPS基泡沫。

[0023] 实施例2

[0024] 将10份HIPS、1份抗氧剂、0.2份引发剂、2份活性单体加入密炼机中，于180℃下反应20min，得到官能化HIPS增容剂；将100份PPS、20份PPO、10份官能化HIPS及2份抗氧剂加入双螺杆挤出机中熔融挤出，加工温度为260～330℃，螺杆转速为120rpm；进一步将PPS/PPO3
增容共混物进行压制成型，制成尺寸为120×120×2mm的样片，压制温度为300℃，压制压力为20MPa，压制时间为20min；

[0025] 将所得PPS/PPO样片固定在固相热拉伸装置上，于150℃下恒温5min，然后进行拉伸取向，拉伸速率为50mm/min，待拉伸倍率达到3倍后停止拉伸、冷却、卸载、取样，得到取向PPS/PPO试样；随后将其置于110℃的高压发泡釜中，向釜体内充入CO2，使釜内压力达15MPa，保持8h，随后快速泄压，取出样品冷却，得到高强PPS基泡沫。

[0026] 实施例3

[0027] 将20份HIPS、2份抗氧剂、1份引发剂、5份活性单体加入密炼机中，于200℃下反应10min，得到官能化HIPS增容剂；将100份PPS、40份PPO、20份官能化HIPS及3份抗氧剂加入双螺杆挤出机中熔融挤出，加工温度为260～330℃，螺杆转速为120rpm；进一步将PPS/PPO增
3
容共混物进行压制成型，制成尺寸为120×120×2mm的样片，压制温度为320℃，压制压力为10MPa，压制时间为10min；

[0028] 将所得PPS/PPO样片固定在固相热拉伸装置上，于200℃下恒温10min，然后进行拉伸取向，拉伸速率为100mm/min，待拉伸倍率达到4倍后停止拉伸、冷却、卸载、取样，得到取向PPS/PPO试样；随后将其置于150℃的高压发泡釜中，向釜体内充入CO2，使釜内压力达20MPa，保持4h，随后快速泄压，取出样品冷却，得到高强PPS基泡沫。