摘要
近年来，轻质、高性能和功能化的聚合物材料及其成型加工技术已成为塑料加工技术领域重要的研究方向。高分子发泡材料以其质轻、比强度高、隔热、减震等优点被广泛应用于汽车、建筑、包装、快消品等领域。作为目前密度最小的通用树脂—聚丙烯(Polypropylene,PP)以其来源丰富、价格便宜、易加工、耐热和化学腐蚀性强、综合力学性能优异等优点得到了广泛的应用。然而，具有线型高分子链特征的PP相对分子量和支化程度低，分子链间易发生解缠结，导致其熔体强度差，微孔发泡过程中易发生泡孔破裂、合并及塌陷，因此针对PP发泡行为的改性已成为越来越多研究学者关注的重点。 原位成纤起初是一种高分子复合材料增强改性技术，近年来在微孔发泡工艺中逐渐被用来增强熔体强度，改善发泡行为。本课题围绕高性能、阻燃型PP复合发泡材料的应用需求，将原位成纤与微孔发泡技术相结合，在PP基体中引入聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate,PET)成纤相的同时，通过加入一种新型阻燃剂—苯氧基聚磷腈(Poly(diaryloxyphosphazene),PDPP)对复合发泡材料的性能进行调控。论文重点讨论了PDPP含量、PET形态和工艺参数如何影响PP/PET/PDPP微纤复合材料的微孔发泡行为,分别探究PET微纤和PDPP阻燃剂对发泡材料力学性能的影响机制以及对阻燃性能的改善效果。本研究课题有助于为高性能、阻燃型PP发泡制品的成型提供一条新的技术路径，具体研究内容总结如下: (1)在“熔融共混-高速热拉伸-淬冷”加工工艺和PDPP阻燃填料的共同作用下,成功制备出平均直径最小为150nm的PET微纤并均匀分布在PP基体中。研究发现,低含量PDPP的添加(3/5/7wt％)不会对原位成纤过程造成严重影响。剪切流变测试结果表明原位成纤后，微纤复合材料的熔融黏弹行为显著改善;同时，PET微纤的生成可以显著提高PP基体的结晶性能，但当PDPP含量升高(≥5wt％)后则会降低PP基体的结晶能力。力学性能方面，在PET微纤和7wt％PDPP的共同作用下，PP/PET/PDPP微纤复合材料的冲击强度比PP提高了24.6％,但是，拉伸强度比PP降低了3.8％。此外，随着PDPP含量增加，PP/PET/PDPP微纤复合材料阻燃性能得到改善。 (2)采用间歇发泡技术制备了不同PDPP含量的PP/PET/PDPP微纤复合发泡材料。气体溶解度实验发现，PDPP含量为7wt％时，PP/PET/PDPP微纤复合材料的CO2溶解度比PP/PET微纤复合材料提高了41.6％。与纯PP发泡材料70μm的泡孔直径相比，微纤复合发泡材料的泡孔直径减小至20μm左右，泡孔密度高达108个/cm3。发泡材料压缩性能测试发现，当PDPP含量为7wt％时，复合发泡样品压缩强度能保持在2.0MPa左右，相比于PP发泡样品提高了10倍。同时，在PDPP低负载量的作用下，改性复合发泡材料难以点燃，且燃烧产物滴落后无法引燃脱脂棉。 （3）采用注塑发泡技术制备了不同PDPP含量的PP/PET/PDPP微纤复合发泡制品。通过对发泡样品泡孔结构的分析，可以发现PET微纤对PP注塑发泡样品的泡孔结构改善效果显著，泡孔尺寸减小，密度增大。PDPP加入后，微纤复合发泡样品的泡孔尺寸略有增大，但仍然能保持在92.6μm左右，相比于纯PP发泡样品降低了近60％。力学性能测试发现，PDPP含量为7wt％的微纤复合发泡样品冲击强度和弯曲强度相比于PP发泡样品分别提高了112.1％和26.7％。在PET微纤和PDPP低负载量的协同作用下，改性复合发泡材料不仅力学性能得到改善，阻燃性能也得到了提高，极限氧指数达到22.5％,阻燃等级提升至FH-2-38mm。
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