发泡工艺对超临界CO2／PP微孔发泡泡孔形态的影响

研究了超临界CO2／PP微孔发泡过程中发泡温度和饱和压力对结晶性聚合物PP泡孔形态的影响。结果表明，温度对泡孔形态影响很大，温度升高，熔体黏度和表面张力降低，泡孔变大，泡孔密度减小。与发泡温度相比，CO2饱和压力对泡孔结构的影响较小。压力太低，CO2的溶解度小，泡孔壁太厚，泡孔分布不均匀。随着压力升高，CO2的溶解度增加，熔体黏度减小，所以泡孔直径和泡孔密度都增加，泡孔壁变薄。     

超临界CO_2微孔发泡影响因素研究进展

对超临界CO2在聚合物基体内微孔发泡成型过程中材料特性参数与加工工艺条件等影响因素的研究进展进行了综述。     

超临界CO_2微孔发泡制备聚乳酸/磷酸三钙多孔材料

利用超临界二氧化碳(sc-CO2)微孔发泡方法制备聚乳酸/磷酸钙(PLA/TCP)多孔材料,通过扫描电子显微镜(SEM)观察TCP颗粒分散和泡孔形态。结果表明,TCP质量分数为1 wt%和3 wt%时,微米级TCP颗粒均匀分布在PLA基体中,在发泡过程中起到异相成核的作用,减小泡孔尺寸同时增加泡孔密度。当TCP含量为5 wt%时,TCP颗粒出现团聚,异相成核作用减弱,泡孔密度下降。随着发泡温度升高,泡孔尺寸增大的同时泡孔壁变薄甚至破裂,发泡温度对泡孔密度影响不大。增加发泡压力,泡孔的数量急剧增加,同时泡孔的尺寸减少,泡孔壁变厚。     

超临界CO_2微孔发泡PE–LLD/PE–UHMW共混物

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。     

聚丙烯物理法微孔发泡操作条件与泡孔形态的关系研究

以超临界CO2流体和丁烷为发泡剂,用快速释压的方法,对PP的微孔发泡进行了研究,得到了泡孔密度达10^9泡孔／cm^2,泡孔直径为20-50μm的微孔泡沫塑料颗粒。研究表明,改变饱和压力和温度可以控制发泡的泡孔结构和密度。使用CO2为发泡剂,当温度低于90℃或压力低于6．0MPa时,PP很难出现发泡。提高温度使泡孔出现五边形的结构但泡孔尺寸增大;增加饱和压力,泡孔密度增加,泡孔直径减小。用超临界CO2流体和丁烷作发泡剂时所得到的泡孔密度分别为2．0×10^8-10^9和2．0×10^5—10^7泡孔／cm^3,泡孔平均尺寸分别为20—50μm和100—500μm。用超临界CO2流体和丁烷混合气体作为发泡剂时泡孔直径则出现了双峰分布的结构;加入成核剂炭黑后所得到的泡孔尺寸大于未加成核剂的情况,其泡孔密度和泡孔直径分别为7．0×10^6—1．6×10^9泡孔／cm^3和55—300μm。     

微孔发泡过程中脉动剪切对聚合物/超临界 CO2均相体系形成的影响

提出一种聚合物／超临界CO2均相体系快速形成的新方法——将振动力场引人到发泡过程，在简单剪切的基础上垂直叠加一个脉动剪切场，考察了该方法对均相体系形成的影响。实验材料用聚苯乙烯(PS)，用自行设计的电磁动态发泡模拟机，了不同剪切速率、振动力场及混合时间对聚合物／超临界CO2均相体系形成的影响。结果表明，随着剪切速率的增加，聚合物和气体的混合程度明显增强；而振动力场的引入进一步增强了剪切混合的效果，使聚合物／超临界CO2均相体系能够在较短的时间内形成。     

PCL/PLA共混物微孔发泡行为研究

通过熔融共混制备了不同聚乳酸(PLA)含量的聚己内酯(PCL)/PLA共混物,研究了PLA含量对共混物相形态以及流变性能的影响,并通过超临界CO2发泡研究了相形态及黏弹性对泡孔结构的影响。结果表明,随着PLA含量的增加,分散相的尺寸和密度均有所增加,并且PLA的添加提高了共混物的黏弹性。在超临界CO2发泡过程中,异相成核点增加,泡孔密度提高,且熔体强度的提高有效抑制了发泡过程中泡孔的塌陷,泡孔形貌得到改善,并且对孔隙率和开孔率进行了分析,给出了开孔机理。     

微孔发泡过程中聚合物/超临界CO2均相体系形成的研究

阐述以超临界CO2为发泡剂的微孔发泡中均相体系的形成过程，研究聚合物熔体和气体的混合机理，并分析影响均相体系形成过程的因素。结果表明，聚合物和气体本身的结构和性质、工艺条件、加工设备、外力场等均影响均相体系的形成，振动力场的引入可以提高多相体系的混合程度，在聚合物／气体均相体系的形成过程中引入振动力场是一个全新的研究方向。     

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。     

CA/RDX复合材料超临界CO2间歇法微孔发泡研究

以醋酸纤维素(CA)为黏结剂,黑索今(RDX)为含能组分,通过超临界二氧化碳(SC-CO2)间歇法发泡技术制备了微孔可燃复合材料CA/RDX.采用重量法研究了SC-CO2在该复合材料中的吸收与解吸收过程,同时利用Fickian扩散定律,研究了SC-CO2的扩散系数.采用扫描电子显微镜(SEM)研究了发泡温度和饱和压力对该材料内部形貌的影响规律.结果表明,CO2的吸收量与扩散系数随着饱和压力的提高而增加,在20 MPa,40℃饱和条件下达到最大饱和量11.16％.RDX和CA界面降低了微孔异相成核能垒,因此增加了微孔成核速率,微孔产生于RDX和CA界面间的微裂纹并逐步长大成为完整的气泡;在微孔成核后,微孔尺寸随饱和温度与发泡温度差(ΔT)的增加而增大;由于CO2解吸收过程中扩散系数随饱和压力的增加而增加,因此饱和压力对泡孔形貌的影响不明显.     

Effects of Repeated Microcellular Foaming Process on Cell Morphology and Foaming Ratio of Microcellular Plastics

Microcellular plastics (MCPs) are manufactured through a batch process comprised of saturation and foaming stages. In the saturation process, gas molecules are dissolved into plastic in a high-pressure vessel. Following the saturation process, micro-cells are formed inside the plastic as the gas-dissolved plastic sample undergoes the foaming process. In this paper, we investigate the effects of repeating the batch process on the formation of MCPs. Because the plastic sample after the first batch process has developed microcells, these pre-existing cells are expected to affect the second round of the batch process. Of particular interest is the effect of repeated saturation at different saturation pressures. Experiments show that repeating the batch process can lead to favorable outcomes in terms of foaming ratio and cell morphology, which are otherwise unattainable particularly with a single batch process.     

Mechanical Properties of Silicone Rubber Enhanced Microcellular EPDM Foams Based on Supercritical CO2 Foaming Technology

Microcellular ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) foams derived from miniaturizing the cellular structure can improve mechanical properties of traditional EPDM foams. It is a current challenge that microcellular EPDM foams prepared by supercritical CO₂ foaming technology cannot undergo the post-crosslinking process due to the disappearance of cellular structure, which strongly restricts the development of the mechanical properties of EPDM foams. Hence, a scalable and blending route by selecting the silicone rubber (SR) with different crosslinking temperature compared to EPDM is developed to improve mechanical properties of EPDM foams. During the pre-crosslinking process of EPDM, SR forms a complete crosslinking network, which can make up for the strength of EPDM without the post-crosslinking. Meanwhile, the silica can reduce the domain size of SR and enhance the compatibility between EPDM and SR. As expected, the addition of SR improves the storage modulus, viscosity and matrix strength of EPDM, which shows enhanced mechanical properties of EPDM foams. When the foam density is basically the same, the tensile strength and compressive strength of SR/EPDM foam are increased by 461% and 283% respectively compared with that of EPDM foam. Finally, the maximum tensile strength and compressive strength (40% strain) of SR/EPDM foam achieves 3.58 MPa and 0.59 MPa, respectively.     

振动力场作用下温度对超临界CO2/PS微孔塑料气泡形态的影响

以超临界CO2为发泡剂,用自行研制的动态发泡模拟机将机械振动力场引入到PS微孔塑料成型过程中,初步研究了振动力场作用下温度对微孔塑料气泡形态的影响.实验发现,发泡温度越高,气泡核长大的速度越快,导致气泡合并甚至破裂.但发泡温度过低时,超临界CO2在PS熔体中的扩散速率较低,最终制品的泡孔密度小,气泡分布也不均匀.在微孔塑料成型过程中施加振动,有利于发泡剂在熔体中的分散和混合,从而在较低的温度(130℃)下制备出泡孔直径为18μm、泡孔密度为7×107个/cm3的微孔塑料.     

聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的制备及其微孔发泡性能

通过双螺杆挤出机熔融混合制备聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料,研究了纳米复合材料力学性能、流变性能和结晶性能。XRD和TEM测试结果表明:蒙脱土以插层结构分散在复合材料中。对于不同的蒙脱土含量,材料性能测试表明:2%蒙脱土所对应的纳米复合材料的力学性能和流变性能最好。文中选取了蒙脱土质量分数为2%的复合材料以超临界二氧化碳为发泡剂进行微孔发泡,泡孔形态分析表明:蒙脱土在发泡过程中起成核剂的作用,增加了PLA发泡材料的泡孔密度,减小泡孔尺寸。     

Well‐Controlled Microcellular Biodegradable PLA/Silk Composite Foams Using Supercritical CO2

PLA biodegradable composites reinforced with various silk fibroin powder contents (0, 1, 3, 5 and 7 wt.‐%) were prepared by solution processing technique using CH₂Cl₂ as solvent. After that the composites and virgin PLA were foamed by using supercritical CO₂. The influence of silk contents on PLA/silk fibroin powder composite foams were investigated by using SEM, XRD and DSC. Compared with PLA foam, the composite foams exhibited a reduction in cell size and increase in cell density at high silk content. With an increase in saturation temperature and pressure, the cell size was increasing and both the cell density and foam density were decreased simultaneously.

     

超临界CO_2/PS微孔塑料挤出成型中CO_2浓度对气泡成核影响的数值模拟

通过CFD软件对超临界CO_2/PS均相熔体在快速降压口模中流动状态的数值模拟,研究了CO_2浓度对CO_2/PS均相熔体气泡成核的影响。结果表明:当其他工艺条件不变时,在CO_2溶解度范围以内,增加CO_2浓度有利于提高成核率,从而产生更多的气泡,但不利于小尺寸泡孔的生成。     

PLA/TPU复合体系微孔发泡性能的研究

制备了PLA/TPU复合材料,以CO_2为发泡剂,利用间歇式超临界发泡技术研究PLA/TPU复合材料的微孔发泡性能,采用差示扫描量热法(DSC)和XRD研究PLA/TPU复合材料的结晶性能、热性能;用扫描电镜(SEM)研究复合材料的相容性以及发泡后的泡孔形态。结果表明:TPU对刚性材料PLA有一定的增韧效果;采用超临界CO_2发泡技术,TPU含量的增加会降低泡孔尺寸,玻璃化转变温度几乎不变,结晶温度增加,结晶度增大。