超临界CO_2发泡聚苯乙烯工艺研究

以超临界CO_2为发泡剂,采用釜压法在不同发泡工艺条件下制备了聚苯乙烯(PS)发泡试样,通过扫描电子显微镜对PS发泡试样的泡孔形貌进行了表征,探讨了不同发泡工艺对PS发泡试样发泡性能的影响。结果表明,随发泡温度的升高,PS发泡试样泡孔尺寸增大,泡孔密度下降,而泡沫密度呈现先降低后升高的趋势,发泡倍率与此相反;增大保压时间和保压压力,可提高试样的发泡效果。当发泡温度为136℃,保压压力为20 MPa,保压时间为4 h时,PS发泡试样的发泡效果最好,其泡沫密度为0.043 g/cm~3,发泡倍率为24.4,泡孔尺寸为59.8μm,泡孔密度为6.20×107个/cm~3。     

超临界二氧化碳/乙醇共发泡制备聚砜泡沫制品

以超临界二氧化碳(scCO_2)和乙醇为共发泡剂,通过釜压发泡的方法制备特种工程塑料聚砜(PSU)珠粒泡沫制品。研究了乙醇含量、发泡温度、饱和压力对PSU泡沫材料的泡孔结构和珠粒粘接的影响,阐明了共溶剂发泡与泡沫材料泡孔结构的关系。结果表明,乙醇的引入增加了scCO_2在PSU基体中的溶解度,降低了PSU的发泡温度(最低发泡温度为150℃),拓宽了PSU的发泡温度窗口,增大了泡孔尺寸和膨胀倍率。当乙醇含量为33. 9%,发泡温度为180℃,饱和压力为8 MPa时,PSU珠粒泡沫的平均孔径可达86. 0μm,膨胀倍率可达10. 9倍,泡孔密度为9. 4×10~5个/cm~3,其泡沫制品珠粒间粘接良好,力学性能优良,压缩强度可达7. 2 MPa。     

工艺条件对超临界CO_2发泡材料泡孔结构的影响

微孔发泡材料的泡孔结构主要采用泡孔尺寸和泡孔密度来表征。泡孔尺寸一般使用SigmaScan和Image-pro两种图像分析软件测量,而泡孔密度主要用Kumar法和初始未发泡试样泡孔密度计算法计算。工艺条件的不同,特别是发泡温度、饱和压力、发泡时间、添加成核剂、引入另一聚合物相等工艺条件的改变,都会对发泡材料的泡孔形貌产生影响。发泡温度和饱和压力对泡孔形貌的影响尤甚,并且对泡孔结构的影响趋势是相同的,即随发泡温度或饱和压力的增加,泡孔结构由好变差,存在最佳值。加入合适的成核剂及引入另一聚合物相,亦能起到促进发泡的效果。     

POE/EVA复合发泡材料的制备

发泡成型是将气体溶解在半熔融状态的聚合物中至饱和,通过瞬时的泄压或者升温作用,形成无数的微小的泡核,膨胀成为具有泡孔结构的泡沫体。该工艺能够有效地减轻产品质量,节约成本。实验中,采用了超临界CO2辅助发泡制备了POE/EVA复合发泡材料,通过改变POE/EVA的配比,研究了不同比例的POE/EVA在相同发泡温度和饱和压力下,对其宏观发泡倍率和微观形貌的影响。结果表明,当EVA的添加量质量分数为40%时,复合发泡材料在饱和压力为10 MPa的表观密度为0. 169 g/cm3,发泡倍率为5. 3;其泡孔尺寸为56μm,泡孔密度为4. 27×106个/cm3,其泡孔微观形貌良好,尺寸均匀。     

超临界CO_2发泡热塑性聚烯烃弹性体材料的研究

用超临界CO_2作为物理发泡剂,采用间歇釜式微孔发泡技术制备了热塑性聚烯烃弹性体(POE)发泡材料,应用扫描电子显微镜等测试手段探究了发泡温度及饱和压力对POE发泡材料表观结构和微观形态的影响。结果表明,发泡温度和饱和压力对材料泡孔结构和性能影响较大;当饱和压力为10 MPa、发泡温度为65℃时,所得的POE发泡材料表观密度较小、发泡倍率大,其内部泡孔密度较大,泡孔尺寸分布均匀。     

增塑聚碳酸酯片材的模压法微孔发泡研究

采用磷酸三甲酚酯(TCP)对聚碳酸酯(PC)片材进行增塑,并采用模压法对所增塑的PC片材进行微孔发泡,探讨了加工参数和TCP用量对PC片材泡孔结构的影响。结果表明:TCP对PC具有良好的增塑效果,制得的微孔塑料具有理想泡孔结构,且拓宽了发泡温度范围;增塑PC片材的泡孔结构随发泡压力、发泡时间、发泡温度的变化趋势与未增塑PC片材的变化趋势保持一致,只是泡孔尺寸、泡孔密度发生了一定程度的变化;随TCP含量的增加,泡孔尺寸先减小后增大,泡孔密度的变化趋势则相反。     

聚苯砜微孔材料的制备及其力学性能

以超临界CO_2为发泡剂,采用固态升温发泡技术制备了微米级和纳米级泡孔结构的聚苯砜(PPSU)泡沫材料,通过扫描电镜对PPSU发泡样品的泡孔形貌进行了表征。在饱和压力为8~25 MPa、发泡温度为160~220℃的范围内制备的PPSU泡沫材料孔径在0.2~2μm之间,泡孔密度为10~(11)~10~(13)cell/cm3,发泡倍率为1~2.5。发泡时间固定为30 s时,泡孔孔径随着发泡温度的升高呈现出先增大后减小的趋势,而且随着饱和压力的升高,孔径不断减小;泡孔密度的变化趋势则与之相反。对发泡密度都为0.6 g/cm~3,且具有不同孔径大小的发泡样品进行了力学性能测试,结果表明:随着泡孔尺寸的减小,拉伸强度和压缩强度均显著提升,孔径为206 nm的发泡样品与孔径为1 920 nm的发泡样品相比,压缩和拉伸强度分别提高了256.1%和106.1%。     

超高分子量聚乙烯超临界CO_2间歇发泡研究

应用超临界CO_2间歇发泡方法研究了温度、压力以及不同发泡工艺对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)发泡的影响。结果表明:合适的饱和温度可以提高发泡倍率,减小泡孔尺寸,增加泡孔密度;发泡倍率和泡孔密度与饱和压力成正相关;对比不同工艺条件下的发泡结构与尺寸,得出正向发泡的泡孔尺寸小、泡孔密度高,而逆向发泡的泡孔尺寸大,但发泡倍率高。DSC结果表明:正向发泡的结晶度较高,发泡时异相成核数量增加,从而使泡孔尺寸减小、泡孔数量增加。比较正向和逆向发泡相同发泡倍率下的泡沫压缩性能,发现逆向发泡泡沫的弹性模量大于正向发泡泡沫。     

二氧化碳制备聚乳酸及其增韧体系微孔材料的研究

以CO2为物理发泡剂,采用间歇式升温发泡法制备了纯聚乳酸(PLA)发泡体系,质量分数为10%的丁二醇–己二酸–对苯二甲酸共聚酯(PBAT)增韧PLA发泡体系以及在此基础上添加1份硫酸盐类成核剂(LAK)后所制备的三元发泡体系,绘制了不同饱和压力下这3种体系的CO2解吸附曲线,研究了发泡工艺中CO2饱和压力以及解吸附时间对这3种体系泡孔结构的影响。结果表明,3种体系的CO2吸附率相当且解吸附曲线相似。随饱和压力的增大,3种体系泡孔尺寸均不同程度地减小,泡孔密度增大,尺寸分布趋于均匀。PBAT的加入减小了PLA的泡孔尺寸,增大了泡孔密度,在此基础上添加LAK可进一步改善PLA的泡孔结构,且在CO2的压缩条件(饱和压力为5 MPa)下,PBAT与LAK更能发挥其改善PLA泡孔结构的作用。随解吸附时间的增加,3种体系泡孔尺寸均不同程度地增大,泡孔密度减小,泡孔尺寸分布均匀性变差。在解吸附过程中,PLA/PBAT/LAK体系的泡孔尺寸始终最小,泡孔密度始终最大。     

β成核剂对聚丙烯发泡材料的结晶行为和发泡性能的影响

在聚丙烯(PP)中加入β成核剂(TMB-5),以超临界二氧化碳(CO2)作为发泡剂,用高压发泡釜对其进行间歇发泡。研究β成核剂用量、饱和温度、饱和压力对β成核/PP发泡材料的结晶和发泡性能的影响。结果表明,β成核剂有效促进了β晶的形成,发泡材料中β晶相对含量最高可达到92.4%,但增大饱和压力却会抑制β晶产生。β成核剂同时起到异相成核作用,使泡孔成核更容易,制得的样品发泡性能较好。另外,饱和温度的升高会使PP熔体强度降低,导致泡孔的尺寸增大、密度减小;而随着饱和温度降低,饱和压力升高,气体在熔体中的溶解度增大,泡孔成核数量增多,使泡孔密度增大、泡孔尺寸减小。饱和压力为22 MPa时,泡孔密度可达2.72×108个/cm3。     

基于喷动床技术的超临界CO_2聚氨酯珠粒发泡工艺

以热塑性聚氨酯为原料,超临界CO_2为发泡剂,通过喷动床发泡技术制备了热塑性聚氨酯发泡珠粒,考察了CO_2流速、饱和温度、饱和压力、泄压速率对珠粒发泡行为的影响。结果表明,珠粒发泡均匀性先随着CO_2流速上升而上升,之后基本不变,表明形成稳定喷动后流速的提升对珠粒发泡均匀性无改善作用。珠粒发泡倍率随着饱和温度和饱和压力的提高先上升后下降,随着泄压速率的提高而提高。饱和温度的提高使泡孔密度下降,泡孔直径增大,饱和压力和泄压速率的提高使泡孔密度上升,泡孔直径下降。当CO_2流速为0.012 m/s、饱和温度为150℃、饱和压力为10 MPa、泄压速率为20 MPa/s时,珠粒发泡倍率最大,达到9倍,泡孔密度为1.13×10~7个/cm~3,平均泡孔直径为82.3 μm。     

ABS微孔发泡材料气体扩散行为分析

采用化学交联模压法制备了丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)微孔发泡材料,研究了发泡温度、发泡压力及发泡时间对ABS微孔发泡材料气体的扩散行为及泡孔结构的影响,结果表明:气体吸收量随着发泡温度、发泡压力和发泡时间的增加,先增大后减小;随着气体吸收量的增加,制品的泡孔尺寸逐渐减小,泡孔密度逐渐增大,增加气体吸收量有利于提高发泡效果。当发泡温度为170℃、发泡压力为10 MPa、发泡时间为12min时,泡孔密度约为2.87×108个/cm3,可满足工业上微孔发泡材料泡孔密度的要求。     

塑化聚乙烯醇的流变性能及发泡行为研究

采用毛细管流变仪对PVA流变性能进行了表征,用差示扫描量热仪（DSC）研究了降温速率对PVA结晶性能的影响,通过PVA添加化学发泡剂熔融挤出的方法制备PVA发泡材料,并用扫描电镜和密度测试仪分别对发泡材料的泡孔形态和密度进行了表征。结果表明,PVA对剪切作用非常敏感,在低剪切速率下熔体粘度较大,泡孔分布均匀,材料密度较小,在高剪切作用下熔体强度低,气体容易逃逸,导致发泡材料泡孔破裂或合并;低降温速率下熔体粘度小,泡孔易合并、塌陷,合适的降温速度下,PVA熔体粘度适中,发泡材料气泡尺寸小、分布均匀,较快的降温速度下,由于气体压力过大而造成气泡合并,联通,材料密度大。     

基于超临界CO2间歇法制备超轻TPU颗粒的研究

采用超临界流体间歇式微发泡技术制备了超轻热塑性聚氨酯弹性体(TPU)颗粒,利用扫描电子显微镜等研究了发泡温度、饱和时间及饱和压力对制备超轻TPU颗粒密度和性能的影响。结果表明,发泡温度和饱和压力是影响颗粒泡孔结构分布和粒料性能的主要因素;当饱和压力为11 MPa、发泡温度为145 ℃时,所得的超轻TPU颗粒密度较小、粒径较大,其内部泡孔数量较多,泡孔结构分布均匀。     

成型工艺对超临界二氧化碳发泡HMSPP结构与性能的影响

采用釜压发泡方法,以高熔体强度聚丙烯(HMSPP)为原料,超临界二氧化碳(scCO_2)为物理发泡剂,研究不同温度、压力、保压时间对发泡材料泡孔结构的影响。结果表明,发泡温度对发泡体系的影响最为明显,在141℃时材料的发泡效果最好,发泡倍率为10倍,表观密度最小为0.09 g/cm~3;压力为10 MPa时材料的发泡效果较好,发泡倍率为16.63倍,表观密度为0.054 g/cm~3;保压时间对材料发泡效果影响则不是很显著,预定的30 min保压时间可以完全满足本实验要求,时间过长反而会降低发泡材料的综合性能。     

发泡工艺对超临界CO_2/PLA微孔发泡泡孔形态的影响

研究了超临界CO2/PLA微孔发泡过程中,发泡温度、饱和压力、剪切速率对聚合物PLA泡孔形态的影响。结果表明,发泡温度对泡孔形态影响很大,温度降低,熔体强度增加,泡孔塌陷和合并减少,发泡材料的泡孔密度增大,泡孔尺寸减小,但温度太低时,熔体黏度和表面张力增加,发泡样品泡孔密度较低,泡孔壁较厚;压力对发泡形态的影响也是很显著的,压力太低,CO2的溶解度小,泡孔壁厚,泡孔分布不均匀。随着压力升高,CO2的溶解度增加,发泡样品的泡孔密度增加,泡孔更加均匀;随着转子转速增加,泡孔尺寸减小,气泡成核密度增大。但是转子转速过快,泡孔沿剪切的方向被拉长,泡孔取向严重,泡体质量变差。     

成核剂对PVC涂覆制品泡孔形态的影响

选择不同拓扑结构的无机成核剂纳米二氧化硅和有机蒙脱土,研究其对PVC增塑糊涂覆发泡制品泡孔形态、结构的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)观察样品泡孔形态,采用图像分析手段计算泡孔直径、发泡倍率及泡孔密度,以探明成核剂对泡孔形态结构的影响规律及机制。结果表明:与大多数聚合物熔融体系物理发泡不同,球型纳米二氧化硅对偶氮二甲酰胺(AC发泡剂)主导下的PVC增塑糊涂覆工艺化学发泡过程影响不明显,而插层、团聚分散于PVC增塑糊发泡体系中的有机蒙脱土会增加涂覆制品的泡孔直径,并降低发泡倍率及泡孔密度。     

高熔体强度聚丙烯的发泡性能研究

通过反应挤出法对聚丙烯(PP)进行硅烷接枝交联改性获得高熔体强度PP(HMSPP),并对HMSPP的发泡性能及影响因素进行了研究。结果表明,HMSPP具有良好的发泡性能,可以制备出高质量泡沫材料;随着HMSPP的熔体流动速率的降低,泡沫材料的密度和泡孔平均直径降低;随着HMSPP用量减少,HMSPP/PP泡沫材料的泡孔平均直径和密度增大,泡孔尺寸及分布的不均匀程度增加;发泡条件对泡沫结构具有一定的影响,最佳的发泡温度为185~190℃,螺杆转速为40~100r/min;随着口模厚度的增加,泡孔平均直径增加,材料密度下降,而材料内外层泡孔直径不均匀性增加。     

环氧基POSS对PLA/PBAT共混材料发泡行为的影响

通过熔融共混法制备了聚乳酸/聚己二酸对苯二甲酸丁二酯/聚倍半硅氧烷(PLA/PBAT/POSS)复合材料,并利用超临界二氧化碳(CO_2)固相发泡法对复合材料进行发泡,通过差示扫描量热仪、高级动态流变仪和扫描电子显微镜等对复合材料的结晶行为、流变行为和发泡行为进行了研究。结果表明,POSS粒子对基体树脂具有增塑效应,PLA的冷结晶温度降低,结晶度提高;复合体系的流变性能明显提高,其发泡材料的泡孔密度和发泡倍率均随着POSS粒子含量的增加而增大,当加入7份(质量份,下同)POSS时,发泡材料的泡孔密度提高至8.25×10~7个/cm~3,发泡倍率达到13倍;POSS粒子对PLA泡沫的泡孔形态具有显著的调控作用。     

成型温度对环氧树脂基发泡材料发泡行为的影响

采用化学发泡模压成型制备环氧树脂基发泡材料,以不同成型温度下环氧树脂基发泡材料的表观密度、泡孔平均直径、泡孔尺寸分布、泡孔密度的统计和SEM观察,考察成型温度对化学发泡制备环氧树脂基发泡材料发泡行为的影响。结果表明:在一定温度下环氧树脂固化速率与发泡剂的分解速率相当时,环氧树脂固化与泡孔形核、长大、定型的同步协调性较好,实验范围内,当成型温度为160℃,可获得泡孔尺寸为78μm、泡孔密度为1.23×106个/cm3、泡孔尺寸分布均匀的微孔发泡环氧树脂基材料。