聚丙烯/无机纳米粒子复合材料的发泡行为

利用型腔体积可控注塑发泡装备制备聚丙烯/无机纳米粒子微发泡复合材料,通过复合材料的流变行为和结晶行为,分析了无机纳米粒子对聚丙烯发泡行为的影响。结果表明:无机纳米粒子有促进气泡异相成核作用,同时无机纳米粒子引入可以提高聚丙烯黏弹响应和降温结晶起始温度,起到了抑制泡孔结构恶化的作用,显著改善了聚丙烯的泡孔结构;在聚丙烯材料中添加纳米CaCO3、纳米OMMT、纳米SiO2进行发泡,以PP/OMMT发泡材料的发泡质量最理想,其泡孔密度和尺寸分别为2×106个/cm3和24.2μm。     

热塑弹性体超临界流体间歇发泡过程中的基本问题

超临界流体间歇发泡的体系黏弹性易于调节、加工参数易于控制、加工装备便于设计和实现,是热塑弹性体物理发泡领域中最受关注的技术路线.本文首先综述了热塑弹性体物理发泡相关文献、研发历程和应用现状;阐明间歇发泡技术的相关概念、技术特点以及热塑弹性体与超临界流体的相互作用,重点讨论热塑弹性体间歇发泡的“高弹态发泡”特征以及处于高弹态状态下的泡孔成核、泡孔生长、泡孔结构定型、泡沫收缩机制及其调控策略.其次,综述了热塑弹性体发泡薄膜的制备方法、热塑弹性体发泡珠粒水蒸气成型过程、珠粒界面黏结强度和分子链界面扩散机制.此外,还从分子链化学结构、泡孔结构、材料宏观结构等角度总结了热塑弹性体发泡材料弹性性能,揭示热塑弹性体发泡材料的结构—弹性性能关系.最后对热塑弹性体超临界流体间歇发泡技术进行了展望.     

基于熔融接枝烷基链提升聚丁烯发泡行为研究

聚烯烃材料引入长支化结构,能够提升材料熔体强度和异相成核作用,使聚合物具备更加优异的发泡性能,从而扩宽材料的应用领域.本文利用甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)熔融改性聚丁烯(PB),发现其链段缠结程度提升,发泡行为改善.通过红外谱图的化学结构分析以及材料的力学性能分析,发现随着SMA添加量的增加,材料拉伸强度降低,冲击强度呈现先升高后降低的趋势.示差扫描量热(DSC)的分析结果表明改性PB的结晶度下降.采用间歇釜式法制备PB发泡珠粒,利用扫描电子显微镜(SEM)研究发泡珠粒泡孔结构,结果表明：SMA改性后,发泡珠粒平均泡孔尺寸、孔径分布、泡孔密度都得到改善,发泡温度窗口加宽且发泡稳定性提升.当添加SMA达到3份时,珠粒平均泡孔直径为12.3μm,泡孔密度可达38×10~7个/cm~3,发泡倍率接近12倍,其中泡孔密度和发泡倍率分别是纯PB发泡珠粒的9.2倍和1.6倍.本文的研究成果为PB作为发泡材料奠定了工业化基础.     

超临界流体制备微发泡聚合物材料的研究进展

以超临界流体为物理发泡剂制备的微发泡聚合物材料具有小的泡孔尺寸和高的泡孔密度,从而赋予材料优异的性能.本文首先阐述了微发泡聚合物材料的制备原理,以及聚合物微发泡过程中泡孔形成的四个阶段;基于这些认识,针对微发泡聚合物材料泡孔形态的改善,即增加泡孔密度、减小泡孔尺寸以及均化泡孔尺寸分布,从加强泡孔成核、控制泡孔增长的角度综述了近年来的研究进展;最后对如何有效控制泡孔形态提出了建议,并对微发泡聚合物材料的应用前景进行了展望.     

微孔发泡聚合物基导电复合材料的研究进展

概述了用超临界流体作为物理发泡剂对聚合物基导电复合材料进行微孔发泡的基本原理,总结了聚合物基导电复合材料及其微发泡复合材料的几种导电机理,简要介绍了近年来微孔发泡聚合物基导电复合材料电学性能的研究现状。并从微发泡聚合物基导电复合材料的基体特性、所使用的导电填料类型、导电填料的含量、填料在基体中的分散方法及微发泡复合材料的泡孔形态等几个方面,分析了影响微孔发泡聚合物基导电复合材料电学性能的主要因素,并展望了新型微孔发泡聚合物基导电复合材料的研究和发展趋势。     

二苯亚甲基山梨醇对PET扩链体系发泡性能的影响

选用二苯亚甲基山梨醇(DMDBS)为结晶成核剂,采用哈克转矩流变仪研究了其对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与均苯四甲酸二酐(PMDA)间扩链反应的影响。采用旋转流变仪、广角X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)及扫描电镜(SEM)研究了其通过分子自组装形成的网络结构对PET结晶性能和流变性能的影响。利用间歇发泡装置,对PET/DMDBS体系进行发泡实验,研究了PET/DMDBS体系发泡性能。DMDBS的加入能够改善PET的黏弹性,提高PET的结晶温度和结晶度、降低了熔融温度、拓宽了熔融峰范围、细化了晶粒尺寸。DMDBS的添加能够显著改善PET的发泡性能,发泡温区向高温方向拓宽。其中DMDBS含量为0.5%时,在272℃得到了发泡倍率最大为20倍的发泡PET;DM DBS质量分数为1.0%和1.5%时即使温度达到292℃,依然能够得到泡孔密度在1×108个/cm3,泡孔直径在55μm以下发泡制品。     

聚合物及其碳纳米粒子复合体系微孔发泡与电磁屏蔽研究进展

结合作者课题组的工作,对近年来基于超临界CO_2的聚合物微孔发泡以及聚合物/碳纳米粒子复合体系的微孔发泡与电磁屏蔽进行了综述。首先对单一聚合物、多元聚合物和热固性聚合物的微孔发泡、泡孔结构和泡沫性能进行归纳总结,指出通过共混、共聚、结晶、交联网络与发泡工艺的调控可以获得泡孔尺寸更小、泡孔密度更高的聚合物微孔泡沫。随后,对热塑性聚合物/碳纳米粒子复合体系、热固性聚合物/碳纳米粒子复合体系的微孔发泡进行了综述,着重介绍了碳纳米粒子与泡孔结构之间的相互作用,指出借助于微孔发泡过程可以诱导碳纳米粒子在泡壁中富集、聚并、相互连接形成导电通道,从而制备出具有优异导电性和电磁屏蔽效应的轻质聚合物微孔材料。最后,对聚合物微孔材料以及聚合物微孔复合材料的未来发展提出了一些自己的看法。     

具有双峰泡孔结构的聚合物微发泡材料研究进展

聚合物发泡材料因其多孔结构及轻量化、冲击韧性好、隔热、吸音等性能而广泛应用于包装、建筑、隔热、吸音、组织支架、吸油等领域。相比于含单峰泡孔结构的发泡材料,具有双峰泡孔结构的聚合物微发泡材料因小泡孔可以提供良好的力学性能、隔热性能等,而大泡孔能够降低材料的表观密度,表现出更优异的性能。近年来,含双峰泡孔的微发泡材料备受关注。本文综述了具有双峰泡孔结构的聚合物微发泡材料的最新研究进展,包括双峰泡孔结构的制备方法、性能及其在力学、吸声、隔热以及组织工程等领域的应用,以及值得深入研究的问题和未来发展前景。     

PP/HDPE 共混物及其纳米复合材料超临界流体微孔发泡

通过间歇法制备了聚丙烯(PP)/高密度聚乙烯(HDPE)共混物及其纳米复合材料的微孔塑料.用扫描电镜对发泡样品的泡孔结构进行表征,研究了纳米粒子的类型和含量对泡孔结构的影响.结果表明:在PP中加入25%的HDPE可改善泡孔结构;在 PP/HDPE 共混物中加入纳米粒子可使泡孔的直径减小、密度增加、泡孔分布更均匀;泡孔直径随着纳米粒子含量的增加会出现先减小后增加的趋势.     

热塑性聚氨酯微孔发泡材料的表观密度与其力学性能的关系

用高压CO2流体通过升温发泡法制备了一系列不同表观密度的热塑性聚氨酯(TPU)微孔发泡材料,探究了TPU发泡材料的表观密度与其力学性能的关系.微孔发泡材料的泡孔结构和表皮结构由扫描电子显微镜表征;不同表观密度材料的力学性能利用万能材料试验机和旋转流变仪表征.研究发现:TPU微孔发泡材料的表观密度主要是由材料皮层厚度占比和泡孔层密度决定的,皮层厚度占比越小和泡孔面积占有率越高,泡沫的表观密度越小;微孔发泡材料在线性应变区的压缩模量E与材料表观密度ρ的关系为:E∝ρ1.7,符合泡沫材料压缩模量与表观密度呈指数关系的基本结论;循环压缩实验中,随微孔发泡材料表观密度减小,损耗百分比增大,残余应变减小;流变实验中,微孔发泡材料的模量随表观密度变化没有明显的变化,阻尼因子tanδ随泡沫表观密度变化不呈单一的规律性.同时,阐明了微孔发泡材料的压缩模量E和损耗百分比随表观密度变化的机理.     

发泡聚乳酸/热塑性聚氨酯/二氧化硅纳米复合材料的泡孔结构

以超临界二氧化碳作为物理发泡剂,通过快速降压法制备聚乳酸(PLA)/热塑性聚氨酯(TPU)/二氧化硅(SiO2)纳米复合材料发泡样品。发泡样品的泡孔结构使用扫面电子显微镜进行观察。在低频区,SiO2增加PLA/TPU共混物的储能模量和复数黏度。SiO2的加入使PLA/TPU共混物发泡样品的泡孔直径减小、泡孔密度增大。SiO2对PLA/TPU共混物发泡样品泡孔结构的改善归因于SiO2的异相成核作用和对共混物流变性能的改善作用。     

利用水的相变热调控聚丙烯发泡材料的泡孔结构

为了控制发泡体内部泡孔结构,以制备聚丙烯(PP)泡沫为例,提出在CO2作为发泡剂进行物理发泡过程中,以水为助发泡剂,利用其发泡过程中汽化吸热,原位冷却发泡体内部.将PP与聚乙二醇(PEG)熔融共混制备共混物(PP/PEG),PEG的存在赋予了共混物吸水的能力.采用红外线成像仪测试发泡体表层和芯部温度,利用扫描电子显微镜表征了泡孔结构.结果表明,与纯PP发泡体相比,在同样发泡条件下,PP/PEG共混物发泡体内部温度明显降低,内部与表层泡孔结构相近,且发泡倍率提高.进一步分析讨论了PP/PEG共混物发泡体内部温度明显降低的机理.这种方法适用于不同聚合物体系和不同发泡工艺,如:模压、挤出、釜式发泡工艺.     

乙烯-乙烯醇共聚物/碳纳米管复合发泡材料的电磁屏蔽性能研究

选用高机械强度和耐气候性乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)作为基体,添加高效导电填料多壁碳纳米管(MWCNTs),同时为了进一步提高材料性能,添加了聚醚多元醇(EOPO)与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸(MDI)的共聚物.采用绿色环保的超临界二氧化碳发泡法制备EVOH/MDI-g-EOPO/MWCNTs纳米复合发泡材料,结果表明在EVOH/MDI-g-EOPO/MWCNTs复合材料中引入多孔结构,利用多层界面反射-吸收电磁波,比电磁屏蔽性能提升270%.通过调控MWCNTs体积含量与泡孔结构,当MWCNTs体积含量达到2.7 wt%时,EVOH/MDI-g-EOPO/MWCNTs复合发泡材料在X波段(9～12 GHz)表现出优异的比电磁屏蔽效能(41.76 dB·cm³/g).     

微孔发泡机理研究进展

微孔发泡塑料是一种泡孔直径在微米级的新型发泡材料。本文对微孔发泡机理的研究进展进行了综述,分别介绍了微孔发泡过程中聚合物-气体均相体系形成、气泡成核、气泡增长以及定型3个关键步骤机理的研究进展,阐述了其中的基本理论和模型,最后提出了机理研究中亟待解决的问题,并对微孔发泡机理今后的研究进行了展望。     

微波发泡制备三聚氰胺甲醛泡沫塑料及其性能

用三聚氰胺、甲醛和DJ-1型增韧剂在碱性条件下制备了改性三聚氰胺甲醛树脂,将其与表面活性剂、发泡剂、固化剂充分混合搅拌,采用微波发泡炉在一定的功率下进行发泡制备三聚氰胺泡沫塑料.研究了增韧剂的用量、微波功率和发泡时间对泡沫结构和性能的影响.并用光学显微镜、TGA、驻波管对三聚氰胺泡沫塑料的泡孔结构、热学性能和声学性能进行了测试和分析.研究表明:当发泡液质量为50 g时,最佳发泡功率为2 kW,最佳发泡时间为60 s;DJ-1型增韧剂的加入使泡沫的韧性提高,当其质量分数为10％时,泡沫的拉伸强度达到0.112 MPa;泡沫的分解温度约400℃,此时的质量残留率接近60％;泡沫在中高频(≥1 000 Hz)区域的吸声系数高达0.9以上.     

基于相形态的微孔发泡PP/POE共混物泡孔结构调控

采用挤出共混制备3种不同相形态的厚壁聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物(PP/POE)共混物样品,并对样品在110℃发泡温度下进行高压釜发泡.利用共混物相形态以及两相黏弹性和超临界二氧化碳溶解度的差异,有效地调控厚壁样品内泡孔的形状、分布和尺寸等,获得了3种典型的泡孔结构.分散相呈椭球状液滴的80/20 PP/POE共混物发泡后泡孔呈椭球状,且两者具有相同数量级的平均直径和密度;分散相呈长纤维状的80/20共混物发泡后泡孔呈长孔状,两者的平均直径较为接近.呈部分共连续相结构的60/40共混物发泡后形成了具有较高连通度的开孔结构.进一步地,通过改变发泡温度,获得了更接近共混物中液滴状分散相平均直径和密度的近似球状的泡孔以及具有更高连通度的开孔结构.     

模腔温度对注塑微孔发泡POM盖板泡孔结构和表面质量的影响

研发一种包含电加热和水冷却的快速热循环成型技术,以改善采用超临界氮气为物理发泡剂的注塑微孔发泡聚甲醛(POM)盖板的表面质量.通过优化设计,整个模具型腔表面的温度均匀性得到明显改善.定量研究模腔表面温度(T_M)对注塑微孔发泡POM盖板的泡孔结构和表面质量的影响,并分析相关的机理.结果表明,提高T_M可减小微孔发泡POM盖板的未发泡皮层厚度,但使其泡孔的直径少量增加、分布均匀性降低.使T_M从40提高至150℃可明显改善微孔发泡POM盖板的表面质量、减小表面粗糙度达85%,而不会明显增加成型周期.T_M取150℃时可消除常规注塑微孔发泡存在的制品表面缺陷.T_M要适当高(约130℃)以在改善微孔发泡POM盖板表面质量的同时保持良好的泡孔结构.     

开孔型聚合物微发泡材料制备技术

微发泡塑料是上世纪 80年代以后出现的一种新型材料 ,其特点是孔径小 (一般在 1 0 μm以下 ) ,分布均匀 ,泡孔密度非常高 (一般大于 1 0 9个 /cm3 )。目前微发泡塑料制备技术已经比较成熟 ,也得到了不同类型的商业化制品。聚合物微孔材料是一种功能性材料 ,相互连通的微观孔洞结构使其具有相当广泛的应用。本文介绍了目前几种微孔材料成型的主要方法 ,讨论了微发泡成型技术用于制备开孔型微发泡材料的必要性。对几种关于开孔型聚合物微发泡材料制备技术及研究方法进行了探讨 ,其分别是不相容聚合物共混、泡孔合并模型、熔融挤出发泡、开孔剂法和气体浓度阈 (值 )等方法。这些方法的微孔成型机理各不相同 ,所制备的材料微观结构也各有特点。文献分析表明微发泡方法用于开孔型微孔材料的制备是一种非常有前景的技术。     

低含量聚乳酸对微孔发泡聚丁二酸丁二醇酯泡孔结构的改善

通过挤出制备了可生物降解聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和3种聚乳酸(PLA)含量(7 wt%、15 wt%和20 wt%)的PBS/PLA共混物样品,采用超临界二氧化碳作为物理发泡剂对样品进行间歇发泡,研究发泡样品的泡孔结构,并分析其形成机理.在120oC发泡温度(Tf)下,借助PLA对PBS熔体黏弹性尤其是熔体强度的改善,获得了分布较均匀、形状较规则、直径较小(平均值约10μm)的微孔;共混物发泡样品的直径分布明显变窄,且符合高斯分布,这归因于细小的PLA相较均匀地分布于PBS基体中.进一步地,研究Tf对PBS和PLA含量为15 wt%的PBS/PLA共混物发泡样品泡孔结构的影响.结果表明,加入15 wt%的PLA使PBS的Tf下限从115oC降低至110oC,并显著改善了较高Tf(120和125oC)下制备的发泡样品内泡孔结构的均匀性.     

超临界流体制备聚乳酸发泡材料的研究进展

石油基聚合物如聚苯乙烯等发泡材料因其质轻及优异的性能而受到广泛的应用。但是,石油基聚合物在自然环境条件下难以降解,存在"白色污染"的问题。因此,亟需开发绿色环境友好的聚合物发泡材料来代替石油基聚合物发泡材料。聚乳酸(PLA)是一种以可再生资源为原料的绿色高分子聚合物,因其具有完全生物可降解性,得到越来越多的关注。PLA具有良好的加工性能及力学性能,将其制备成轻量化的发泡材料会赋予其良好的吸音、隔热以及缓冲性能,是取代石油类聚合物的理想生物基聚合物,可以应用在包装、建筑、餐具以及组织支架等领域。PLA的熔体由于强度低、结晶速率慢,难以制备成泡孔分布均匀、膨胀倍率高的PLA发泡材料。为此,本文综述了近年来围绕改善PLA发泡行为的研究进展,包括利用不同超临界流体发泡技术制备PLA发泡材料、PLA发泡材料的改性方法、力学性能的影响因素及其不断拓宽的应用领域。