超临界co2发泡微孔塑料的研究进展_副本
超临界CO2微孔发泡材料研究进展
微 孔 发 泡 材 料 一 般 是 指 泡 孔 直 径 为 ０ ． １ ～１ ０ ｐ ｔ ｍ、 泡孔密度为 １ ０ 。 ～１ ０ ¨个 ／ ｃ ｍ。 的
能在 减 少 聚合 物 用 量 的 同 时 又 不 影 响 材 料 的
力学 性能 而达 到 降低 成本 、 提 高材 料性 价 比 的 目的 。这 类 材 料 的 力 学 性 能 如 缺 口冲 击 强 度、 韧性 、 比强 度 、 疲 劳寿命等 都大 幅提高 ， 而
且 有 的 发 泡 材 料 根 据 自身 结 构 的 不 同 还 具 有
聚合物 材料 。微 孑 Ｌ 材 料 具有 小 尺 寸 的泡 孔 ，
当微 孔 材 料 中泡 孔 尺 寸 小 于 材 料 内 部 的裂 纹 时， 在 材 料 破 坏 时 可 以钝 化 裂 纹 尖 端 、 诱 发 银
纹产生 ， 从 而 使 其 性 能 得 到提 高 。美 国 Ｔｒ ｅ ｘ ｅ ｌ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈｅ ａ ｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ａ ｒ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ，ｔ ｈｅ ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｕ ｐｅ ｒ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｂｏ ｎ ｄ ｉ ｏｘｉ ｄｅ ａ ｎ ｄ ｆ ｏ ａ ｍｉ ｎｇ ｐｒ ｉ ｎｃ ｉ ｐｌ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｕｍ ｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｉ ｎｆ ｌ ｕ ｅ ｎｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ｐ ｒ ｏｐ ｅ ｒ — ｔ ｉ ｅ ｓ ， ｎａ ｎｏ ａ ｄ ｄｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ， ｆ ｏ ａ ｍｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ａ ｎｄ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｎ ｃ ｅ ｌ ｌ ｍ ｏ ｒ ｐ ｈｏ ｌ ｏ ｇｙ ｗｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ．
超临界CO2 微孔发泡PE–LLD／PE–UHMW共混物
超临界CO2 微孔发泡PE–LLD／PE–UHMW共混物徐久升摘要：研究了线型低密度聚乙烯(PE–LLD)／超高分子量聚乙烯(PE–UHMW) 共混物的超临界CO2 微孔发泡行为，探讨了PE–UHMW 含量、发泡温度和饱和压力对泡孔形貌的影响。
采用差示扫描量热仪和旋转流变仪对PE–LLD 及其共混物的热性质和流变性质进行了测试和表征，并通过扫描电子显微镜表征和分析了发泡样品的泡孔形貌。
结果表明，少量PE–UHMW的加入可以显著降低PE–LLD发泡样品的孔径，增加孔密度。
随着发泡温度的升高，PE–LLD 样品的泡孔结构会发生塌陷现象，而加入少量PE–UHMW 可以提高基体的黏度，起到支撑孔壁防止塌陷的作用，并最终得到均匀的开孔结构。
另一方面，当温度一定时，饱和压力升高可以降低孔径并且得到开孔形貌的泡孔结构。
关键词：线型低密度聚乙烯；超高分子量聚乙烯；超临界CO2 ；微孔发泡Microcellular Foaming of PE–LLD／PE–UHMW Blend by Using Supercritical Carbon DioxideXu JiushengAbstract ：Microcellular foaming of PE–LLD／PE–UHMW blend was studied by using supercritical carbon dioxide. The influence of the content of PE–UHMW，foaming temperature and saturation pressure on cell morphologies was investigated. Firstly，the thermal properties and rheology behavior were studied. Thereafter，SEM was employed to analyze the cell morphologies. The results shows that the addition of small content of PE–UHMW results in the decrease of cell size and increase of cell density. With the increase of foaming temperature，the cell collapse collapses in PE–LLD foams. The viscosity of blend increases with the addition of PE–UHMW，which prevents the cell collapse，and finally leads to the uniform open-cell morphology. On the other hand，for the same foaming temperature，the increase of saturation pressure may reduce the cell size and result in the open-cell morphology.Keywords ：PE–LLD ；PE–UHMW ；supercritical carbon dioxide ；microcellular foaming 聚合物发泡材料的泡孔形态在很大程度上决定了其性能及应用领域，开孔发泡材料的物相和气相都是连续的，基体材料以连续的泡孔壁存在，其独特的三维开孔结构具有优异的吸收和穿透性能，在吸音材料、生物医药材料、导电材料、光学材料、过滤薄膜材料和生物医学材料等领域有广泛的应用。
超临界CO2微孔发泡技术在生物医用材料中应用分析
超临界CO2微孔发泡技术在生物医用材料中应用分析摘要：本文主要采用SCF制备工艺结合高压DSC系统，通过发泡温度调节PLA的结晶状态，获取仿生的复合三维连通多孔结构，对该多孔PLA材料微观结构和性能、生物相容性和安全性、装载药物能力进行评价。
采用超临界CO2发泡技术制备了PLA多微孔三维立体结构，该材料具有优良的生物相容性，且无毒无害，细胞在该三维连通结构中生长良好，并能成功装载抗肿瘤药物，可作为生物医用材料选择之一。
关键词：超临界CO2；微孔发泡技术；生物医用材料1引言PLA系列是一种典型的、分子链均呈线性结构的低熔体强度聚合物，因其具有良好的生物相容性、可降解成对生物体无毒的小分子并通过代谢排出体外等特点，因而被广发应用于组织工程领域。
然而，由于活组织因具有表面纳米或亚微米级的超细结构和良好的连通特点可以对生理负荷的改变和生物化学刺激产生应答，而原始的PLA材料则不具有此功能，因此，科学家们需要设计一种模拟生物体内环境特点的，以PLA为基体的亚微米和纳米复合三维连通多孔结构，通过对其泡孔形态和连通性的控制，实现合适的孔径、极好的孔连通性和优良机械性能等，为组织细胞的生长和养分的输送提供合适的空间和支撑，从而获取一种理想的安全无毒副作用的仿生材料。
聚合物发泡材料是以气泡尺寸划分为传统发泡材料(＞100μm)，微孔发泡材料(1-100μm)，超微孔材料(0．1-1μm)以及纳米孔发泡材料(0．1-100 nm)。
微孔发泡材料概念即孔密度＞109 cells/cm3，孔径＜10μm的材料。
常用的微孔发泡类型分为化学、物理发泡。
相当于常用的化学发泡剂而言，物理发泡剂具有易挥发特点，而传统物理发泡剂，如氟利昂、烷烃类以及醇类发泡剂、惰性气体类发泡剂等都有不同程度的危害。
近年来，环境友好、化学性质稳定、无毒无害且价格低廉的CO2成为人们广泛关注的新型绿色发泡剂。
CO2的临界温度为31．3℃，临界压力为7．37 MPa，可以实现在室温附近的超临界CO2发泡技术(SCF)。
超临界二氧化碳在PVC行业中微孔发泡研究进展
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｒｉｇｉｄｆｏａｍｅｄＰＶＣｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｄｕｓｔｒｙｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｆｏａｍｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｆｏａｍｅｄＰＶＣｐｒｏｄｕｃｔｓｂｙｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ．Ｉｔｗａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔａｓａｎｅｗｔｙｐｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｆｏａｍｅｄＰＶＣ ｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｒｅ－ｒｅｔａｒｄａｎｔ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｌｏｗ ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｇｏｏｄｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｂｅｔｔｅｒｂｕｆｆｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ．ＩｔｗａｓｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈａｔＰＶＣｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｕｓｅｄｆｏｒｉｎｔｅｒｉｏｒａｎｄｅｘｔｅｒｉｏｒｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ，ａｌｓｏｔｈｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ；ＰＶＣ；ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒｆｏａｍｉｎｇ；ｆｏａｍｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ．
２ 超临界二氧化碳 ＰＶＣ发泡原理及方法
微孔聚合物的制备方法主要基于气体过饱和法。基本原
理是超临界二氧化碳溶于聚合物中形成聚合物与气体饱和体 系，然后通过降压 和 升 温 的 方 法 使 体 系 形 成 过 饱 和 状 态，从 而 引发大量气 核 进 行 生 长，最 后 通 过 淬 火 方 法 制 备 出 微 孔 聚 合 物。超临界二氧化 碳 具 有 无 毒 环 保、不 燃、无 残 留、廉 价 易 得， 并且发泡产品性能优异等特点，采用超临界二氧化碳代替化学 发泡剂进行 ＰＶＣ发泡成型已经成为当今研究的热点问题［５］。 ＰＶＣ发泡材料的成 型 方 法 很 多，主 要 有 注 射 成 型、挤 出 成 型 和 模压成型三种。
超临界CO2技术在塑料垃圾处理中的应用研究
超临界CO2技术在塑料垃圾处理中的应用研究本文主要探讨超临界CO2技术在塑料垃圾处理中的应用研究。
首先，我们来了解一下什么是超临界CO2技术。
超临界CO2技术是一种高效环保的工艺，在超临界条件下将CO2变为高压高温的流体，该流体同时具备气体和液体的部分特性。
超临界CO2技术广泛应用于制药、食品、化工等行业，其应用领域不断拓展，逐渐被引入到塑料垃圾处理中。
一般来说，塑料垃圾处理主要有三种方式：焚烧、填埋和回收利用。
然而，这三种方式均存在一定的问题。
焚烧会产生大量的二氧化碳和其他有害气体，对环境造成巨大损害；填埋则会导致土地资源的浪费和垃圾中毒等问题；而回收利用则受到塑料组分、杂质以及回收效益等多种限制。
相比之下，超临界CO2技术被认为是一种高效、环保、物化多学的塑料垃圾处理方式。
那么，超临界CO2技术在塑料垃圾处理中的实际效果如何呢？一、超临界CO2技术处理塑料垃圾的优点1. 非常环保：超临界CO2技术不需加入额外的有害化学药剂，相比传统的化学法，它不会产生二次污染，处理后的废弃物也可以进行回收利用。
2. 处理效率高：超临界CO2技术的工作温度和压力很高，使得废塑料快速膨胀、分离，并且更容易被CO2吸附，处理效率非常高，完全可以满足大规模工业生产的需要。
3. 可以处理多种塑料垃圾：相比传统的处理方式，超临界CO2技术可以处理包括PVC、聚酰胺、聚碳酸酯等各种类型的塑料废物。
二、超临界CO2技术处理塑料垃圾的应用现状目前，许多研究人员已经开始对超临界CO2技术在塑料垃圾处理中的应用进行研究。
在一些小规模实验中，超临界CO2技术已经被证明可以优化塑料垃圾处理过程，使处理后的废弃物更容易被回收、利用。
由于超临界CO2技术本身在处理废弃物方面的优点，其应用前景被认为非常广阔。
三、超临界CO2技术处理塑料垃圾的挑战和问题尽管超临界CO2技术在塑料垃圾处理中表现出了很好的应用前景和优势，但它仍面临着一些挑战和问题。
超临界CO2发泡微孔塑料的研究进展 - 副本
超临界CO2发泡微孔塑料的研究进展微孔塑料一般是指泡孔直径为0 .1 ～ 10 μm 、泡孔密度为109 ～ 1015个/cm3 、材料密度相比发泡前可减少5 %～ 95 %的新型泡沫塑料。
经过近30 年的发展, 现已开发出以聚苯乙烯(PS) 、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE) 、聚氯乙烯(PVC) 、聚碳酸酯(PC) 、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 和聚乙烯醇缩丁醛(PVB) 等树脂为基体的微孔塑料。
与未发泡材料及普通泡沫塑料相比, 微孔聚合物材料具有缺口冲击强度高、韧性好、比强度高、疲劳寿命长、热稳定性高、介电常数低、热导率低等优异性能,因而可用于制造食品包装材料、轻质、高强、隔音的飞机和汽车部件、质量轻、缓冲性强的运动器材、高电压绝缘材料、保温性优异的纤维材料和低摩擦的表面改性材料等, 开孔结构的微孔塑料则适合用作分离、吸附材料、催化剂载体、生物医学材料和分子级的过滤器等。
这些独特优点是普通泡沫塑料所无法具有的, 因此微孔泡沫塑料是一种具有极大应用价值和开发潜力的新型材料。
1超临界CO2 的特性及其作用超临界CO2 是指温度高于31 .1 ℃、压力大于7 .38 MPa的CO2 , 它具有近似液体的溶解度和近似气体的扩散系数, 同时具有对多数有机物溶解性能好、黏度低、扩散系数大、无毒、不燃、化学惰性、无溶剂残留、价廉易得、使用安全、不污染环境等独特优点。
与其他超临界惰性气体(如N2)相比, 超临界CO2 更容易制备, 与聚合物也有更强的相互作用。
超临界CO2 可以降低聚合物体系的界面张力, 对聚合物熔体有很好的增塑作用, 因而可以降低聚合物的玻璃化转变温度(Tg ), 并能降低聚合物熔体的黏度和提高熔体的流动性, 降低挤出温度。
超临界CO2 还可以大幅提高其他气体或小分子化合物在被增塑后的聚合物中的扩散速度和溶解吸附程度。
超临界CO2 存在的诸多优点使其成为一种十分理想的微孔塑料物理发泡剂。
基于超临界流体发泡技术制备开孔型微孔塑料的研究进展
第36卷第10期高分子材料科学与工程Vol.36,No.lO 2020年10月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Oct.2020基于超临界流体发泡技术制备开孔型微孔塑料的研究进展余鹏，樊丽君，杨永潮，张杰，郭宇芳，陈绪煌(湖北工业大学材料与化学工程学院湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室湖北工业大学绿色轻质材料与加工协同创新中心，湖北武汉430068)摘要：开孔型微孔塑料因其独特的三维互通结构而具有优异的吸收和穿透能力，作为功能高分子材料被广泛应用在吸音降噪、吸附过滤、催化载体、电磁屏蔽、组织工程等领域。
超临界流体(sc-CO2,sc-N2)作为物理发泡剂在塑料基体中溶解度大，同时具有无毒环保、价廉易得等优势，使得超临界流体发泡技术在制备开孔型微孔塑料方面有巨大笛应用前景，并成为当前研究热点。
文中首先总结了基于超临界流体发泡技术制备开孔型微孔塑料的几种开孔机理，然后综述了开孔型微孔塑料制备方法及其应用领域的最新研究进展，最后对目前基于超临界流体发泡技术制备开孔型微孔塑料面临的问题进行分析和展望。
关键词：微孔塑料;超临界流体;开孔机理;制备方法中图分类号:TQ328文献标识码：A文章编号:1000-7555(2020)10-0160-10开孔型微孔泡沫塑料是指泡孔之间相互连通，泡体中的气相和物相都是连续的微孔泡沫材料。
泡孔的形态在很大程度上决定了泡沫材料的性能及应用领域。
与闭孔微孔塑料相比，开孔型微孔塑料对水和气体具有更强的吸收和渗透性，对热和电有更低的绝缘性，还有更好地吸收和阻隔声音的能力。
同时, 开孔型微孔泡沫塑料由于开放的泡孔结构，能形成复杂的通道并让小分子气体或流体通过材料流动。
若精确地控制开孔型微孔塑料中泡孔的尺寸和形态，就可以确定穿过材料微粒的大小,从而起到分离作用。
此外，具有生物相容性的开孔型微孔材料在生物医学领域具有巨大的应用前景，如用作人造血管、组织工程支架等口O目前有关开孔型微孔材料的制备方法主要有气体发泡法、热致相分离法⑷、拉伸法⑷、热分解法⑭以及溶剂刻蚀法血等。
超临界CO2微发泡塑料新材料制备项目可行性研究报告方案
超临界CO2微发泡塑料新材料制备项目可行性研究报告方案一、项目背景及目标超临界CO2微发泡塑料是一种具有很高蓄能效率和环境友好性的塑料材料。
其制备过程利用超临界CO2流体在高温高压下与聚合物材料相溶并迅速膨胀形成微小气泡，使材料具有轻质、高强度、低密度等特点。
该材料的研究和应用在汽车、航天、建筑等行业具有广阔的市场前景。
本报告旨在对超临界CO2微发泡塑料制备项目进行可行性研究，评估其技术、经济、市场等方面的可行性，为项目的发改委立项和银行贷款提供依据。
二、研究方案1.技术可行性分析：对超临界CO2微发泡塑料的制备技术进行详细研究，包括原材料的选择、工艺流程、工艺参数等。
通过实验室试验和现有资料的搜集，评估该技术的可行性、稳定性和成本。
2.经济可行性分析：评估超临界CO2微发泡塑料制备项目的投资规模和经济效益。
包括预估投资金额、设备采购及维护费用、原材料成本、人力资源费用等。
并结合市场需求和预期销售额，编制项目投资回收期、财务指标等经济指标。
3.市场可行性分析：对超临界CO2微发泡塑料在汽车、航天和建筑等行业的应用市场进行调研和分析。
了解市场需求、竞争状况、发展趋势等，评估项目的市场前景和潜在风险。
4.风险评估及控制措施：针对项目可能面临的技术、市场、政策等风险进行全面评估，并提出相应的风险控制措施。
确保项目在实施过程中能够保持稳定运行。
5.社会影响评估：评估超临界CO2微发泡塑料制备项目对环境、能源和可持续发展的影响，并提出相应的环境保护措施。
6.结果分析与建议：基于以上研究，对超临界CO2微发泡塑料制备项目的可行性进行综合分析，提出项目实施时的建议和改进措施。
三、预期成果通过本报告的研究1.对超临界CO2微发泡塑料制备技术的可行性和稳定性进行评估，明确关键技术和工艺参数。
2.对项目的投资规模和经济效益进行合理预估，为发改委立项和银行贷款提供依据。
3.分析超临界CO2微发泡塑料在汽车、航天和建筑等行业的市场需求和竞争状况，评估项目的市场前景和风险。
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超临界CO2发泡微孔塑料的研究进展微孔塑料一般是指泡孔直径为0 .1 ～10 μm 、泡孔密度为109 ～1015个/cm3 、材料密度相比发泡前可减少5 %～95 %的新型泡沫塑料。
经过近30 年的发展, 现已开发出以聚苯乙烯(PS) 、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE) 、聚氯乙烯(PVC) 、聚碳酸酯(PC) 、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 和聚乙烯醇缩丁醛(PVB) 等树脂为基体的微孔塑料。
与未发泡材料及普通泡沫塑料相比, 微孔聚合物材料具有缺口冲击强度高、韧性好、比强度高、疲劳寿命长、热稳定性高、介电常数低、热导率低等优异性能,因而可用于制造食品包装材料、轻质、高强、隔音的飞机和汽车部件、质量轻、缓冲性强的运动器材、高电压绝缘材料、保温性优异的纤维材料和低摩擦的表面改性材料等, 开孔结构的微孔塑料则适合用作分离、吸附材料、催化剂载体、生物医学材料和分子级的过滤器等。
这些独特优点是普通泡沫塑料所无法具有的, 因此微孔泡沫塑料是一种具有极大应用价值和开发潜力的新型材料。
1超临界CO2 的特性及其作用超临界CO2 是指温度高于31 .1 ℃、压力大于7 .38 MPa的CO2 , 它具有近似液体的溶解度和近似气体的扩散系数, 同时具有对多数有机物溶解性能好、黏度低、扩散系数大、无毒、不燃、化学惰性、无溶剂残留、价廉易得、使用安全、不污染环境等独特优点。
与其他超临界惰性气体(如N2)相比, 超临界CO2 更容易制备, 与聚合物也有更强的相互作用。
超临界CO2 可以降低聚合物体系的界面张力, 对聚合物熔体有很好的增塑作用, 因而可以降低聚合物的玻璃化转变温度(Tg ), 并能降低聚合物熔体的黏度和提高熔体的流动性, 降低挤出温度。
超临界CO2 还可以大幅提高其他气体或小分子化合物在被增塑后的聚合物中的扩散速度和溶解吸附程度。
超临界CO2 存在的诸多优点使其成为一种十分理想的微孔塑料物理发泡剂。
2 超临界CO2发泡微孔塑料的原理聚合物微孔发泡过程是一个复杂的过程, 在这个过程中发泡气体与聚合物之间发生一系列相变过程。
如图1所示, 首先将一定量的超临界CO2气体溶于聚合物熔体中, 经对流、扩散作用形成聚合物/气体均相体系。
随后聚合物/超临界CO2 均相体系在热力学不稳定作用下(压力降低或温度升高)发生相分离, 快速成核, 然后经气泡膨胀、冷却固化定型得到最终产品。
因此一般将超临界CO2发泡微孔塑料的成型过程分为4 个阶段:(1)气体溶解———超临界CO2 溶解于聚合物熔体中, 形成聚合物/超临界CO2均相体系;(2)气泡成核———在温度上升或压力下降导致的热力学不稳定作用的推动下, 聚合物/超临界CO2 均相体系发生相分离, 形成泡核;(3)气泡长大———通过气体的扩散与热量的传递, 气泡膨胀;(4)泡孔定型———通过自然或强行的方法终止气泡生长驱动力, 泡核停止生长, 即得到微孔塑料。
这4 个阶段直接决定了最终微孔塑料制品的泡孔结构与性能。
3 超临界CO2发泡微孔塑料的生产工艺目前超临界气体发泡微孔塑料的成型工艺主要包括间歇成型、热压成型、挤出成型、注射成型和挤出吹塑成型等。
其中间歇成型和热压成型主要应用于科学实验, 而挤出成型、注射成型和挤出吹塑成型则广泛应用于工业生产。
间歇成型法间歇成型法装置简单, 可控性强, 各种工艺参数与所得微孔结构参数之间的关系清晰, 是进行微孔聚合物成型机理研究和确定工艺参数的有效方法, 是挤出成型和注射成型设备设计及工艺条件确定的基础。
根据发泡原理的不同, 可以将其分为升温法和降压法两大类。
升温法具体步骤为, 如图2 所示:将已预先成型的聚合物零件或料胚放入高压反应釜内, 先用少量CO2 吹洗,以排除反应釜内的空气, 然后密封反应釜。
将反应釜升温至预定温度(该温度低于聚合物的Tg )后, 打开高压气瓶向高压反应釜内注入CO2 气体至预定压力(称为饱和压力), 随后恒温放置一段时间, 让超临界CO2充分饱和样品以形成聚合物/超临界CO2 均相体系。
随后迅速卸压至常压, 快速将样品放入预先加热的恒温油浴锅中加热一段时间以进行发泡, 此时的温度和时间称为发泡温度和发泡时间。
最后将样品水冷、洗涤、干燥, 即得到微孔塑料。
何亚东等[ 12] 研究了发泡温度对PMMA 微孔塑料泡孔结构的影响, 研究发现, 随着发泡温度的升高, 泡孔密度先增大后减小, 发泡温度对制品泡孔结构的影响很大;I Tsivintzelis 等[ 22] 研究发现可以通过改变饱和压力和发泡时间来控制制品的泡孔结构和泡孔密度。
徐辉等[ 23] 通过升温法对PP 进行微孔发泡, 并研究了所得微孔PP 的力学性能。
研究表明, 与纯PP 相比, 发泡PP 的拉伸强度降为纯PP 的86 %, 断裂伸长率降为纯PP 的8 %, 弯曲强度降为纯PP 的89 %, 冲击强度却显著升高, 为纯PP 的2 .41倍。
L M Matuana 等[ 24] 研究了发泡温度与发泡时间对PLA 微孔制品孔隙率及体积膨胀率的影响。
研究发现, 发泡温度升高, 孔隙率及体积膨胀率先升高后降低, 发泡时间延长, 孔隙率及体积膨胀率下降, 最终制备的微孔PLA 可用作生物医学材料。
F Youhei 等[ 25]利用两种不同的烷基铵对蒙脱土(MMT)改性, 随后将其分别与PLA 熔融挤出制备PLA/MMT 纳米复合材料, 最后采用升温法对其微孔发泡。
通过对比两种PLA 微孔塑料发现, 纳米填料的尺寸与结构对泡孔结构具有重要影响, 较小尺寸的纳米填料更易得到泡孔密度较大的PLA 微孔塑料。
升温法的优点在于在较高压力、较低温度的条件下, 超临界CO2 在聚合物中的溶解度较大。
而根据经典均相成核理论[ 26] , 较高的CO2浓度可以提高成核数量, 进而使微孔塑料具有较大的泡孔密度和较小的泡孔尺寸, 从而可以得到力学性能优异的微孔塑料。
对于具有较高Tg 或较高加工温度的聚合物, 升温法为其微孔发泡提供了一种新的途径。
3 .1 .2 降压法降压法的具体步骤(图3 [ 27] )为:将料坯放入高压反应釜内, 用少量CO2气体吹洗, 排除高压反应釜内的空气。
随后密封反应釜并加热升温至预定的发泡温度, 温度恒定后注入CO2气体至预定的发泡压力, 恒温恒压保持一段时间(发泡时间)以形成聚合物/超临界CO2均相体系。
随后打开卸压阀, 按照不同的卸压速率降至常压, 并保温一段时间(泡孔生长时间)。
最后降至常温取出样品。
L Zirkel 等[ 9] 对超临界CO2发泡FEP 薄膜进行了研究, 发现薄膜的泡孔结构取决于发泡温度、发泡压力、发泡时间、卸压速率等工艺参数, 可以通过改变工艺参数来实现对泡孔结构的控制。
H N Pham 等[ 28] 采用双螺杆挤出机通过熔融插层的方法制备PP/黏土纳米复合材料, 随后对其进行微孔发泡, 最终制得泡孔密度为107 ～108个/ cm3 、泡孔直径为30 ～120 μm 、泡孔壁厚为5 ～15 μm 的微孔塑料;T Kentaro 等[ 29] 采用同样的方法对PP/MMT 纳米复合材料进行微孔发泡, 并通过带有显微镜的高速数字照相机对气泡成核和早期泡孔生长阶段纳米MMT 的作用进行了研究。
研究发现, 纳米MM T 主要起着两方面的作用:一方面, 纳米MMT 作为成核剂促进气泡成核, 随着其含量的增大,微孔塑料泡孔密度增大;另一方面, 纳米MMT 降低了CO2的扩散率, 而早期气泡的生长主要由CO2 的扩散率控制, 因而气泡生长减缓, 随着纳米MM T 含量的增加, 微孔塑料泡孔直径减小。
Y W Di 等[ 30] 采用密炼机通过熔融剪切混合的方法制备了PLA/有机改性黏土纳米复合材料, 随后通过降压法对其进行微孔发泡, 并研究了加入纳米黏土对PLA 流变性能、力学性能及泡孔结构的影响。
研究发现, 相比纯PLA , PLA 纳米复合微孔塑料具有更大的泡孔密度和更小的泡孔尺寸,且随着纳米黏土含量的增加, 泡孔密度增大, 平均孔径减小。
相比升温法, 降压法的发泡温度较高。
一方面, 使得超临界CO2 在聚合物中的溶解度降低, 进而引起制品泡孔密度的减小与泡孔尺寸的增大;另一方面, 使得聚合物链段活动性增强, 达到溶解饱和时所需时间较短, 且省去了油浴发泡的环节, 使得降压法的发泡周期大大缩短, 因此在科学实验中更为常用。
3 .2 挤出成型法挤出成型法的具体步骤(图4 [ 15] )为:CO2 气体通过注射泵由高压气缸注入机筒内, 在挤出期间要保持CO2气体体积流率和压力恒定, 注射点在离机筒约12D的位置, 在这一区域机筒的直径恒定。
经螺杆的剪切混合和气体的对流、扩散, 在机筒内形成聚合物/超临界CO2均相体系, 均相体系在通过机头口模时, 压力剧降, 发生相分离, 迅速成核。
最后迅速水冷固化定型,即得到微孔泡沫塑料。
X M Han 等[ 31] 采用单螺杆挤出机连续挤出PS 微孔塑料, 并研究了CO2 浓度与机头温度对泡孔结构的影响。
结果表明, 在溶解极限以下, 随着CO2 浓度的升高, 平均孔径减小, 泡孔密度增大, 升高机头温度与增大CO2浓度具有等同效应。
A D Carlo s 等[ 32] 研究了硬质PVC 的连续挤出微孔发泡过程, 研究发现快速熔融和合适的熔体流变性能是保证连续微孔发泡的关键因素。
钱敏伟等[ 33] 采用三元乙丙橡胶(EPDM)与接枝PE 对等规PP 进行共混改性, 随后对改性PP 进行连续挤出发泡, 并研究了熔体温度、机头压力及CO2 浓度对制品表观密度及泡孔结构的影响。
研究表明, 熔体温度升高, 制品表观密度升高, 发泡效率降低, 最佳发泡温度区间为124 ～135 ℃;机头压力升高, 制品表观密度降低, 平均孔径减小, 泡孔密度增大;CO2 浓度增大, 制品表观密度减小, 泡孔密度增大, 但浓度过大会造成挤出不稳现象, CO2浓度应小于其溶解度。
信春玲等[ 34] 对等规PP 进行熔融接枝改性, 随后采用双螺杆挤出机对改性PP 进行连续挤出发泡, 并研究了相关工艺参数对改性PP 发泡倍率与泡孔结构的影响, 研究结果与钱敏伟的结论相似。
吴清锋等[ 35] 利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对PP 进行共混改性, 同时采用马来酸酐接枝PP 作为增容剂来提高PP 与PDMS 的相容性, 最后对PP 进行连续挤出发泡, 并研究了口模温度与CO2浓度对微孔制品膨胀比及泡孔结构的影响, 研究发现,口模温度升高, 膨胀比及泡孔密度均先增大后减小;CO2浓度增大, PP 及其与PDMS 共混物的膨胀比和泡孔密度均增加。
黄英珠等[ 36] 采用超高相对分子质量聚乙烯(PE-U HMW)对PP 进行共混改性, 随后采用双螺杆挤出机对改性PP 进行连续挤出发泡, 并对PEUHMW对PP 结晶性能与发泡性能的影响进行了研究。