微孔发泡高分子材料X
高分子发泡材料
高分子发泡材料高分子发泡材料是指通过在高分子材料中添加发泡剂，使材料通过加热、膨胀、成型等工艺形成具有空气孔隙结构的材料。
高分子发泡材料具有轻质、隔热、吸声、缓冲等特点，广泛应用于建筑、交通、包装等领域。
高分子发泡材料主要分为聚苯乙烯（EPS）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、聚丙烯（PP）等。
其中，聚苯乙烯发泡材料是最常见的一种。
聚苯乙烯发泡材料，又称为白色泡沫塑料，是一种种内含大量气隙的热固性塑料，具有很好的隔热性能。
它的制作过程是将聚苯乙烯颗粒原料和发泡剂按一定比例混合，加热至熔融状态，再通过模具冷却成型。
聚苯乙烯发泡材料具有低密度、低导热系数、优异的隔热性能，常用于建筑保温材料、包装材料等领域。
聚乙烯发泡材料是一种常见的发泡材料，制作过程是将聚乙烯原料加热至熔融状态，通过注塑成型、挤出成型等工艺形成具有孔状结构的材料。
聚乙烯发泡材料具有轻质、隔热、吸音等特点，广泛应用于建筑保温、包装等领域。
聚氨酯发泡材料是一种制作成本较高的发泡材料，具有优良的综合性能。
聚氨酯发泡材料通过将聚醚、聚酯等成分与聚氨酯发泡剂混合，膨胀固化后形成材料。
它的优点是在保温性能的同时还具有良好的阻燃性能和抗压性能，常用于建筑、交通等领域。
聚丙烯发泡材料是一种比较新型的发泡材料，具有轻质、隔热、吸音等特点。
聚丙烯发泡材料通过将聚丙烯颗粒与发泡剂混合、加热、膨胀，最后冷却成型。
它常用于建筑保温、交通设备等领域。
高分子发泡材料具有广泛的应用领域。
在建筑领域，高分子发泡材料被广泛应用于保温材料，可以有效地提高建筑物的隔热性能，降低能耗。
在交通领域，高分子发泡材料常用于汽车、火车等车辆的隔热、减震、吸音等方面。
在包装领域，高分子发泡材料可以用于电子产品、家具等物品的保护包装。
总之，高分子发泡材料具有许多优点，如轻质、隔热、吸音、缓冲等特点，广泛应用于建筑、交通、包装等领域。
随着社会的发展和技术的进步，高分子发泡材料在各个领域中的应用前景将会更加广阔。
微孔发泡材料体系及挤出发泡 华南理工大学彭响方
分子链在发泡过程中的取向示意图
实验结果表明： 泡孔取向后的发泡材料力学性能优于普通发
泡材料。原因有： 取向发泡材料断裂面处的固体面积更多 在垂直于取向方向上可以增加裂纹传播的
能量 泡孔的取向可以促进分子链的取向
➢在工程塑料上的研究
五大工程塑料主要包括：
聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、 聚苯醚（PPO）和热塑性聚酯（PET，PBT）。
熔体强度 气体的溶解量 发泡温度及压力 成核剂种类及用量 降压速率等
泡孔长大
泡孔核
泡孔
微孔塑料泡孔成核与长大机理
➢ 泡孔合并 泡孔合并是指相邻的两个或几个泡孔在泡孔壁接触以后持续长大，泡孔壁开
始破裂融合成为一个大泡孔的情况。在生产闭孔结构的微孔材料时，泡孔合并 现象是应该尽力避免的。
➢ 泡孔开孔 微孔泡沫塑料根据泡孔连通性的不同，可以分为开孔型和闭孔型。闭孔型微
注塑发泡成型
微孔发泡注射成型工艺示意图
聚合物从加料口加入注塑螺杆之后，在螺杆压缩和塑化作用下，超临界 气体发泡剂扩散进入聚合物熔体中，形成气体/熔体均相体系(在螺杆前 段配以静态混合器)
聚合物熔体/气体均相体系随后被输送至储料室中，通过外部加热使体系 的温度升高，气体在聚合物熔体中的溶解度将下降，引发热力学不稳定 状态，从而引发气泡成核
卷取装置
连续挤出发泡成型
离模吹胀装置
注气装置 自动加料装置
发泡片材挤出机，由龙口市天海精密机械设备有限公司提供图片
挤出发泡成型实现了连续生产过程，生产效率高，可实现工业化应用。 近几十年来，连续挤出发泡成型就成为微孔发泡成型工艺的研究重点， 上世纪九十年代初，C.B. Park等成功开发了连续挤出发泡成型机械，从 而大大提高了生产效率，实现了微孔塑料的工业化生产目标。
微发泡塑料材料的应用概况
泡 Ｐ Ｃ片材性 能 优 异 ， 以应 用 在隔 热 、 音 、 可 隔 绝 缘、 抗震 等多个 领 域 。
肖兆 新 闱 采用模 压 法成 功 制备 了薄 型微孔 Ｐ Ｃ片材 。 究 了加 工参 数 ｆ 泡 时 问 、 泡压 力 研 发 发 和发泡 温度） 泡孔 性能 的影 响 。结 果表 明 ： 对 泡孔
微 发泡材 料气 体 体积 分数 的增加 ． 冲击 强度 呈先
增加 后减 少 的趋势 ： 冲击 强度 的增 加 归结 为聚丙
烯基 体 内微孔 的存 在 。 断 口分 析 表 明 ， ？ 的存 ｝ Ｌ Ｂ
在 钝 化 了裂纹 尖端 ．导 致 裂 纹 扩 展路 径 发 生改
变 ，泡孔 的存 在减 小 了基 体所 受 的约束 程度 。 使
关 键 词 微 孔 发 泡 塑 料 性 能 应 用
微 孔发 泡 塑 料 材 料 是 以聚 合 物 为 基 本组 分 并 含有大 量气 泡 的材料 ． 因此也 可 以说 是 以气 体 为填 料的 高分子 复合材 料 。 微发 泡翅 料制 品具 有 耐热性 、 耐化学 品性 、 耐油 性 和隔热 性 。 与未 发泡 的 塑料相 比 ． 微孔 发泡 料材 料 密
能、 热性 能及 加 工性 能 。本篇 文 章主 要 介绍 了 微 孔 发泡 塑料材 料 的性 能 ． 时归纳 了微孔 发 泡 高 同
分子 材料 在 塑料领 域 的应用 。
能及 力学性 能 测试 。 明用模 压 法 制备 的微孔 发 表
１ 微 子 发 泡 塑 料 材 料 的 性 能 Ｌ
尺 寸 随发 泡 时 问的延 长 先减 小后 增大 。 发泡压 随 力 的增加 而减 小 。随 发泡 温度 的增加 而增 大 ： 泡 孔 密度 的 变 化趋 势 随 与 泡 孔 尺 寸 的变 化 趋势 相
超级纳米微孔隙硅酸盐发泡保温材料_概述及解释说明
超级纳米微孔隙硅酸盐发泡保温材料概述及解释说明1. 引言1.1 概述超级纳米微孔隙硅酸盐发泡保温材料是一种具有卓越性能和广泛应用前景的新型保温材料。
它利用超级纳米微孔的特殊结构和硅酸盐材料的独特性质，通过发泡技术制备而成。
这种材料具有极高的隔热性能、环境友好性以及可持续发展优势，因此在建筑、工业和航空航天等领域得到了广泛应用。
1.2 文章结构本文将从多个方面对超级纳米微孔隙硅酸盐发泡保温材料进行解释说明。
首先，我们将介绍发泡保温材料的概念和应用，讨论其在建筑和工业领域中的重要性。
然后，我们将详细阐述超级纳米微孔隙硅酸盐的性质和特点，强调其在隔热方面的卓越表现。
接下来，我们将探讨制备这种材料所使用的方法和工艺流程，并介绍其中涉及到的关键技术与参数。
然后，我们将讨论超级纳米微孔隙硅酸盐发泡保温材料的主要优势和应用领域，包括其在建筑节能、工业装备保温和航空航天领域的潜在应用。
此外，我们还将回顾目前该材料的制备与改进研究进展，介绍一些旨在提高材料性能和稳定性的关键研究成果。
最后，我们将总结该材料的重要性和应用前景，并强调其突出的优势和价值。
同时，我们鼓励进一步开展相关技术与应用研究，以推动超级纳米微孔隙硅酸盐发泡保温材料在更广泛领域中的应用。
1.3 目的本文旨在对超级纳米微孔隙硅酸盐发泡保温材料进行全面而深入的解释说明。
通过阐述其特点、制备方法以及优势与应用领域等方面内容，旨在增加对该材料理解，并为相关研究和实际应用提供参考。
希望通过本文的撰写能够促进人们对这一新型保温材料的认识，并鼓励更多的研究和开发工作，以推动其在建筑、工业和航空航天等领域的广泛应用。
2. 超级纳米微孔隙硅酸盐发泡保温材料解释说明2.1 发泡保温材料概念和应用发泡保温材料是一种具有低导热系数和优异保温性能的材料，常用于建筑和工业领域的保温隔热。
其基本原理是通过在材料中引入气体孔隙来减少热传导，从而实现良好的隔热效果。
由于发泡保温材料具有轻质、安装方便等特点，因此得到广泛应用。
微孔发泡注塑成型技术概述李兵
微孔发泡注塑成型技术概述李兵发布时间：2021-09-13T05:33:49.036Z 来源：《防护工程》2021年16期作者：李兵陈岩魏晓光李梦飞[导读] 微孔发泡注射成型是指发泡气体与塑料树脂经过注塑机共混、发泡的注射成型方法，泡孔直径约为?0.1～?10μm，密度为109～1015个/cm3。
本文介绍了塑料树脂的发泡机理，在此基础上介绍了微孔发泡技术，阐述了普通发泡技术与微孔发泡技术的区别；微孔发泡注塑成型过程使用的超临界流体；目前微孔发泡注塑成型技术难点。
李兵陈岩魏晓光李梦飞沧州旭阳化工有限公司摘要：微孔发泡注射成型是指发泡气体与塑料树脂经过注塑机共混、发泡的注射成型方法，泡孔直径约为?0.1～?10μm，密度为109～1015个/cm3。
本文介绍了塑料树脂的发泡机理，在此基础上介绍了微孔发泡技术，阐述了普通发泡技术与微孔发泡技术的区别；微孔发泡注塑成型过程使用的超临界流体；目前微孔发泡注塑成型技术难点。
关键词：发泡机理；微孔发泡；微孔发泡注塑成型过程；微孔发泡技术难点一、前言随着塑料工业的高速发展，塑料加工方式也有了长足的进步，目前主要的加工方式有：注塑成型、挤出成型、吹塑成型等。
热塑性聚合物主要的发泡方法有挤出发泡法、釜压发泡法、注射发泡法、模压发泡法、滚塑发泡法等，本文主要介绍注射发泡法。
泡沫塑料具有质轻、隔声降噪、缓冲减震、隔热保温等优异性。
目前在飞机制造、汽车内饰件、建筑保温、包装等领域中得到了广泛的应用，对人们的日常生活影响巨大。
2018年我国泡沫塑料产能达到了 240 多万吨，同比增长近 10%，增速远超其他塑料制品和 GDP增速。
2019 年全球航空泡沫市场总值预计将达到 44 亿美元，2024年预计将增长至 65 亿美元，年复合增长率将高达 8%以上[1]。
目前环境保护形势日渐严峻，石油资源日趋枯竭，加之在碳中和的大背景下，对轻量化和经济性的需求以及对节能降耗和可持续发展的要求，将极大的促进航空航天制造业和轨道交通制造业更加倾向于使用质地较轻的泡沫材料；同时随着包装材料、快递、交通运输等行业的快速发展，相信未来对泡沫塑料尤其是轻质、高强的高性能泡沫塑料和可生物降解泡沫塑料的要求将越来越高。
高分子发泡材料的制备及其性能研究
高分子发泡材料的制备及其性能研究随着科技的不断进步和发展，人们对于高分子发泡材料，特别是聚苯乙烯（EPS）和聚乙烯（PE）的需求越来越大。
这两种材料广泛应用于建筑、汽车、包装等多个领域。
目前，制备EPS和PE的方法已经日臻完善，其性能也逐渐变得更加出色。
本文将就高分子发泡材料的制备及其性能进行详细的介绍。
一、高分子发泡材料的制备方法1. EPS的制备方法EPS是一种白色、轻质、隔热性能极佳的高分子材料，制备方法主要分为两种：物理发泡法和化学发泡法。
物理发泡法的步骤为将发泡剂添加到聚苯乙烯中，加热至聚苯乙烯熔点以上，产生熔融体。
随后，在高压下，将压缩的气体通入熔融体中，使气体与熔融体混合并达到均匀分布的状态。
在不断升温的情况下，聚苯乙烯内部的压强逐渐降低，发泡剂被释放，气泡形成， EPS材料生成。
化学发泡法的步骤为在熔融体中加入发泡剂和发泡触媒，加热至熔点以上的一定温度时，发泡触媒开始引发聚合反应，产生气体，并形成导致物理上的发泡过程。
这个方法生产EPS的速度更快，比机械发泡法节约时间和工作。
2. PE的制备方法PE的制备方法主要有两种：扩散发泡法和压缩发泡法。
扩散发泡法的步骤为：首先，将PE材料加入发泡剂，并充分搅拌以形成均匀的混合物。
然后，将混合物装入一个密封容器中，在高温下进行加热。
在此过程中，发泡剂在高温下扩散到PE内部，并分解成气体，导致PE内部产生气泡，从而使PE膨胀并形成发泡材料。
压缩发泡法的步骤则相对更加简单。
首先，将发泡剂加入PE材料中，并将其放入双面平板式加热压缩机中进行加热。
在高压下，材料加热至熔点以上的温度，并在此条件下进行搅拌以形成均匀混合物。
然后将加热压缩机中的PE材料冷却并放置一段时间，形成固体高分子发泡材料。
二、高分子发泡材料的性能研究1. EPS的性能研究EPS材料的物理和化学性质非常出色，在使用中表现得十分稳定且可靠。
EPS 的主要物理性能如下：（1）密度低，具有非常轻的重量。
高分子发泡材料
高分子发泡材料高分子发泡材料是一种具有微孔结构的材料，通常由聚合物基体和发泡剂组成。
它具有轻质、隔热、吸音、吸震等优良性能，被广泛应用于建筑、交通工具、包装材料等领域。
本文将对高分子发泡材料的特性、制备方法和应用进行介绍。
首先，高分子发泡材料具有轻质的特点。
由于其微孔结构，使得材料的密度较低，因此具有较轻的重量。
这使得高分子发泡材料在航空航天、汽车制造等领域具有重要的应用，可以减轻整体结构的重量，提高使用效率。
其次，高分子发泡材料具有优秀的隔热性能。
微孔结构可以有效地阻挡热传导，使得材料具有良好的隔热效果。
因此，在建筑领域，高分子发泡材料常被用于保温材料的制备，可以有效地降低建筑物的能耗。
此外，高分子发泡材料还具有良好的吸音和吸震性能。
微孔结构可以有效地吸收声波和振动能量，减少噪音和震动的传播。
因此，在交通工具、家具等领域，高分子发泡材料被广泛应用于减少噪音和提高乘坐舒适度。
高分子发泡材料的制备方法主要包括物理发泡和化学发泡两种。
物理发泡是通过机械或热能的作用使聚合物熔体中的发泡剂膨胀形成微孔结构；化学发泡是在聚合物中加入发泡剂，在一定条件下发生化学反应产生气体从而形成微孔结构。
不同的制备方法会影响材料的性能和成本，需要根据具体的应用需求进行选择。
在应用方面，高分子发泡材料被广泛应用于建筑保温材料、汽车内饰、家具制造、包装材料等领域。
随着科技的发展，高分子发泡材料的性能和制备技术不断提升，其应用领域也在不断拓展。
综上所述，高分子发泡材料具有轻质、隔热、吸音、吸震等优良性能，制备方法多样，应用广泛。
随着社会的发展和人们对材料性能要求的提高，高分子发泡材料必将在未来得到更广泛的应用和发展。
高分子材料微孔加工
高分子材料微孔加工全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高分子材料微孔加工是一种广泛应用于医疗、生物科学、化学工程等领域的加工技术。
通过微孔加工，可以改善高分子材料的性能，增强其功能，提高其应用价值。
本文将介绍高分子材料微孔加工的原理、方法、应用及发展趋势。
一、高分子材料微孔加工的原理高分子材料微孔加工是通过控制高分子材料的结构和形貌，使其具有特定的微孔结构。
微孔结构是指高分子材料内部具有一定大小和形状的孔隙，这种孔隙可以在高分子材料中分布均匀，也可以呈现不规则的分布。
微孔结构可以增加高分子材料的表面积，提高其吸附和扩散性能，改善其力学性能和化学稳定性，增强其应用性能。
高分子材料微孔加工的原理主要有两种：一是物理加工，通过机械、电化学、化学等方法，在高分子材料表面或内部形成微孔；二是模板法加工，通过模板的作用，在高分子材料表面或内部形成微孔。
物理加工方法包括电解加工、离子束加工、激光加工、等离子体加工等，模板法加工方法包括模板刻蚀、溶剂膜转移、自组装等。
高分子材料微孔加工的方法多种多样，可以根据材料的特性和加工要求选择合适的方法。
常用的方法包括：1. 电化学加工：利用电化学腐蚀原理，在高分子材料表面形成微孔。
这种方法可以控制微孔的形貌和尺寸，适用于加工较小尺寸的微孔。
2. 激光加工：利用激光束对高分子材料进行加工，形成微孔。
这种方法加工速度快，精度高，适用于加工复杂的微孔结构。
高分子材料微孔加工在医疗、生物科学、化学工程等领域有着广泛的应用。
具体包括：1. 医疗领域：高分子材料微孔加工可以用于制备生物材料、医疗器械、组织工程材料等。
通过微孔加工，可以改善材料的生物相容性，提高其医疗效果，促进细胞生长和组织再生。
3. 化学工程领域：高分子材料微孔加工可以用于制备分离膜、催化剂载体、储能材料等。
通过微孔加工，可以调控材料的介孔结构和孔径分布，提高其储能效率，增强其分离和催化性能。
高分子材料微孔加工在以上领域有着广泛的应用，可以改善材料的性能，提高其功能，促进其应用领域的发展。
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第18卷第4期高分子材料科学与工程V o l.18,N o.4 2002年7月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G Jul.2002微孔发泡高分子材料Ξ鲁德平,管 蓉(湖北大学化材学院,湖北武汉430062)刘剑洪(深圳大学师范学院化生系,深圳518060)摘要:微孔发泡材料是新型的改性热塑性高分子材料,微孔的引入提高了高分子材料的韧性、绝缘性、耐热性和耐疲劳性能等。
文中以美国麻省理工学院Suh教授等研制开发的微孔发泡材料为主线,综述了微孔发泡高分子材料的研究背景,发展历史,性能特征,泡孔成核模型公式、制备以及应用前景,以推动我国的研究在该领域的发展。
关键词:微孔发泡;高分子材料;制备;性能中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:100027555(2002)04200302041 研究背景为了响应工业界提出的进一步减轻高分子材料的重量,而不牺牲材料的物理力学性能,使材料不变形的挑战,美国麻省理工学院(M IT)机械系的Suh教授等人在20世纪80年代初研制开发出了微孔发泡聚苯乙烯材料[1]。
Suh等人通过研究高分子材料中的添加剂发现,当添加剂的粒子尺寸在微米级,且小于高分子材料中的临界孔隙尺寸时,能有效地增强材料的性能,因此Suh等人认为若将微米级的泡孔引入高分子材料基材,应该具有微米级添加剂同样的增强效应,后来的研究证实了这一设想的正确性。
2 发展历史微孔发泡材料指泡孔尺寸小于50Λm～100Λm,泡孔密度超过108 c m3的热塑性高分子材料[2],而最初Suh等对微孔发泡材料的定义为[3]:泡孔尺寸为10Λm或小于该尺寸的任何高分子泡沫材料。
20世纪90年代中期,Suh 等又认为微孔发泡材料为[4]:泡孔尺寸在<10Λm,泡孔密度为109c m-3～1015c m-3,密度比原材料下降5%～95%的材料。
对微孔发泡材料定义的变化来自实验室研究和工业化规模生产的差异。
美国麻省理工学院对微孔发泡材料的研制和开发最为成功,已转入工业化规模投产。
微孔发泡材料的发展史,即是麻省理工学院研制和将该类材料扩大到工业化规模的历史,因此本文将以此为线索进行叙述。
麻省理工学院的Suh教授小组,在20世纪80年代初选择聚苯乙烯(PS)作为基材进行微孔发泡材料的研究,因为聚苯乙烯的常规发泡已非常成功和成熟,对聚苯乙烯材料的性能研究也比较清楚。
Suh领导的小组首先以二氧化碳和氮气作发泡剂,成功研制了聚苯乙烯微孔发泡材料,随后Youn和Suh建立了热固性树脂的泡孔成核和增长的模型[5],Co lton和Suh对聚苯乙烯中加入成核剂进行了理论和实验的研究[3,6,7]。
值得一提的是,Suh小组的研究是由美国M IT2工业聚合物加工项目资助的,其成员有Eastm an Kodak,E.I.D uPon t,D ex2 ter,K raft,N ashua,波音商业飞机公司等美国著名的工业公司。
Suh小组对微孔发泡材料的研究工作后来得到美国科学基金的资助,并成立了M IT2工业化微孔塑料研究实验室[8]。
20世纪90年代初,Suh小组成功研制出实验室规模的微孔发泡材料连续挤出设备[9],1994年麻省理工学院将该技术转到新成立的T rexel聚Ξ收稿日期:2000210205 作者简介:鲁德平,男,43岁,副教授.合物技术公司,开始将实验室的研究成果转入工业化规模的生产。
T rexel公司在麻省理工学院的实验研究基础上,设计了工业化规模的微孔发泡材料挤出机。
1997年,在经过两年零八个月的反复试验后,工业化规模的微孔发泡挤出设备问世[10],生产规模由麻省理工学院的几kg h增加到工业化规模的45kg h～105kg h,T rexel公司将这种生产微孔发泡材料的技术注册为M ucell○,并与全世界十几家有名的材料加工设备公司(如K rass M affei,U n iloy2 M ilacron,Engel,H u sky,A rbu rg,A lu sisse Com po site,M ar2L ee公司)合作开发注射和吹塑微孔发泡材料设备,预计在2000年底,相应的注射加工设备问世。
3 性能特征微孔发泡高分子材料质量轻,密度可比未发泡的高分子材料轻5%～95%,摆锤冲击强度比未发泡的高分子材料高5倍[7],刚性2质量比比未发泡的高分子材料高3～5倍[11],疲劳寿命比未发泡的高分子材料高5倍[12,13],热稳定性高,介电常数小,热传导性更低[14]。
且在微孔发泡材料加工中,由于形成聚合物2饱和气体体系,使得聚合物熔体的加工温度、锁模力和加工周期下降。
在微孔发泡材料的加工过程中,未使用化学和氟、氯等发泡剂,无环境污染的问题。
由于在微孔发泡的高分子材料中均匀分布着尺寸极小的泡孔,这实际起到了一种类似橡胶颗粒增韧塑料的作用,即微孔周围引发大量银纹和剪切带,吸收能量达到增韧的效果,使得微孔发泡材料的许多力学性能明显优于普通发泡和不发泡的材料,因此微孔发泡材料被认为是21世纪的新型材料[15]。
4 微孔发泡材料的制备制备微孔发泡高分子材料的方法主要有4种:热引导相分离法[16]、单体聚合法[17]、超临界流体沉淀法[18]和超饱和气体法[1,4]。
麻省理工学院即采用了超饱和气体法制备微孔发泡高分子材料。
Suh小组在20世纪80年代采用两步法(批量法)制备微孔发泡材料[3],如先将聚苯乙烯(PS)注射制成直径50.8mm,厚度1.54 mm的圆片试样,然后将试样片放入高压釜内。
在常温、几十小时后,试样被某一非反应气体所浸润并达到饱和,取出PS试样片置于铝片上,放入烘箱中,在PS的玻璃化温度以上10℃左右发泡10m in,让其自然冷却到室温。
PS被气体饱和后,由于压力和温度的变化,热力学体系的不稳定,使得PS内部形成大量极小的气泡核,随后膨胀、固化定型制得PS微孔发泡材料。
由于发泡在PS的玻璃化温度附近进行,PS 聚合物的高粘性,使气泡生长很慢,可通过控制发泡时间和温度来调节泡孔的大小。
采用两步法制备微孔发泡材料的时间在几十小时以上,生产周期长,不能连续生产,效率低。
对此,Suh小组继续努力,在20世纪90年代初,研制成功连续生产的微孔发泡材料挤出设备。
连续生产微孔发泡材料的加工工艺由4部分组成:聚合物原料进料和熔化、超临界气体注入与熔融聚合物形成混合体系、微孔成核、以及微孔的增长和定型。
超临界气体流体指超过了物质的临界温度和临界压力的流体,它既非气态又非液态,但兼具二者优点,既像气体一样容易扩散,又像液体一样有很强的溶解能力,而且其粘度、溶解能力等与密度相关的性能都可通过调节压力来控制[15,19]。
采用连续挤出设备制备微孔发泡材料的原理为:聚合物熔化后与超临界气体流体混合形成均相体系,经过特殊设计的模口,聚合物2气体饱和体系的压力迅速下降,由于热力学的不稳定性,导致超临界气体溶解度的快速变化,超临界气体的沉积,引发大量泡孔均相成核,在1 100s内的时间内泡孔增长,随后通过控制温度来控制泡孔结构,使泡孔定型,整个微孔发泡材料的制备过程在几十秒内可完成。
制备微孔发泡材料的挤出机通常采用长径比大的单螺杆挤出机,或两台单螺杆挤出机串联的机组,其模口采用特殊设计的形状,示意图参见文献[8]。
也可用经过改造的单螺杆挤出机生产微孔发泡材料,只需在原有的单螺杆挤出机上加装超临界气体计量和注入系统,加装经过特殊设计的模口即可,且该设备仍可用于生产常规的不发泡高分子材料。
影响微孔发泡材料泡孔密度、大小和分布的主要加工参数有压力、温度和时间。
Suh小组对此进行了大量的研究,并建立了数学模型进13 第4期鲁德平等:微孔发泡高分子材料行关联。
如B aldw in用矩阵方程关联聚合物2气体饱和体系、泡孔成核、泡孔增长与饱和时间、饱和压力、发泡时间、发泡温度[20]的关系,从中确定合适的加工参数值,为工业化规模的加工设备的研制提供设计依据。
不同类型的聚合物,微孔的成核、增长和定型存在差异,因此对于无定形和半结晶型聚合物,加工参数值的设定有差别。
5 泡孔成核模型公式微孔发泡材料的成核机理有均相和非均相成核两种,纯聚合物2饱和气体体系的情形,以均相成核为主;在有成核剂和添加剂的情形,以非均相成核为主。
用于计算均相成核速率N0和非均相成核速率N1的公式如下:N0=C0f0exp(-∃G3hom kT)(1)N1=C1f1exp(-∃G3het kT)(2)式中:C0——聚合物中气体分子的浓度;f0——参加成核的气体分子频率因子;k——波尔兹曼常数;T——温度(K);C1——非均相成核点的浓度,f1——类似于f的频率因子;∃G3——吉布斯自由能。
均相和非均相吉布斯自由能分别为:∃G3hom=16ΠΧ3bp (3∃p2)∃G3het=∃G3hom f(Η)Χbp——聚合物泡孔界面的表面能;∃p——气体扩散入聚合物内部的压力;而f(Η)为:f(Η)=(1 4)(2+co sΗ)(1-co sΗ)2(3)式中:Η——聚合物、添加剂和气体界面的润湿角。
6 应用前景微孔发泡是通过在聚合物内引入大量的微孔进行增韧改性的,与纳米粒子和刚性粒子增韧相比,微孔发泡材料的制备工艺更为简单和价廉。
用纳米或刚性粒子增韧,存在分散困难的问题,需加入专门的助剂处理纳米或刚性粒子,使加工工艺复杂化,且纳米粒子价格昂贵,聚合物中加入纳米或刚性粒子后,质量增加较大。
此种微孔发泡材料不仅改进了聚合物材料的性能,且提供了一条降低材料成本的新途径。
微孔发泡高分子材料适合做包装材料,飞机和汽车零部件,声音阻尼材料,运动设备,电子电器材料,可织型保温纤维[14]。
开孔结构的微孔材料适合用作分离、吸附材料,催化剂担体,药物缓释材料等[18]。
微孔发泡材料还适合用于制备薄型(如1mm～2mm厚)的发泡器件,这种薄型发泡器件用常规的发泡方法难以制造,这是因常规的发泡方法会引起泡孔的塌陷[21]。
T rexel公司现已可生产PS、PE、PP、刚性PV C型材、PC ABC、热塑性弹性体等多种微孔发泡高分子材料,但由于设备正在改造和加工过程中,离商业应用还有一段距离。
日本目前对微孔发泡高分子材料表现了极大兴趣,欲购置相应的加工设备进行生产,而我国的高分子材料界(如中国科学院、华东理工大学和华南理工大学[22,23])也已进行了部分微孔发泡高分子材料的研制工作,如微孔发泡高分子材料已批准为国家自然科学基金重点项目[23],预计在不久的将来,微孔发泡高分子材料将在各行各业得到广泛的应用。
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