超臨界co2發(fā)泡微孔塑料的研究進展-副本(完整版)
【正文】 (2)氣泡成核———在溫度上升或壓力下降導致的熱力學不穩(wěn)定作用的推動下, 聚合物/超臨界CO2 均相體系發(fā)生相分離, 形成泡核。與其他超臨界惰性氣體(如N2)相比, 超臨界CO2 更容易制備, 與聚合物也有更強的相互作用 。與未發(fā)泡材料及普通泡沫塑料相比, 微孔聚合物材料具有缺口沖擊強度高、韌性好、比強度高、疲勞壽命長、熱穩(wěn)定性高、介電常數(shù)低、熱導率低等優(yōu)異性能,因而可用于制造食品包裝材料、輕質(zhì)、高強、隔音的飛機和汽車部件、質(zhì)量輕、緩沖性強的運動器材、高電壓絕緣材料、保溫性優(yōu)異的纖維材料和低摩擦的表面改性材料等, 開孔結(jié)構(gòu)的微孔塑料則適合用作分離、吸附材料、催化劑載體、生物醫(yī)學材料和分子級的過濾器等。如圖1所示, 首先將一定量的超臨界CO2氣體溶于聚合物熔體中, 經(jīng)對流、擴散作用形成聚合物/氣體均相體系。其中間歇成型和熱壓成型主要應(yīng)用于科學實驗, 而擠出成型、注射成型和擠出吹塑成型則廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。I Tsivintzelis 等[ 22] 研究發(fā)現(xiàn)可以通過改變飽和壓力和發(fā)泡時間來控制制品的泡孔結(jié)構(gòu)和泡孔密度。而根據(jù)經(jīng)典均相成核理論[ 26] , 較高的CO2濃度可以提高成核數(shù)量, 進而使微孔塑料具有較大的泡孔密度和較小的泡孔尺寸, 從而可以得到力學性能優(yōu)異的微孔塑料。T Kentaro 等[ 29] 采用同樣的方法對PP/MMT 納米復合材料進行微孔發(fā)泡, 并通過帶有顯微鏡的高速數(shù)字照相機對氣泡成核和早期泡孔生長階段納米MMT 的作用進行了研究。3 .2 擠出成型法擠出成型法的具體步驟(圖4 [ 15] )為:CO2 氣體通過注射泵由高壓氣缸注入機筒內(nèi), 在擠出期間要保持CO2氣體體積流率和壓力恒定, 注射點在離機筒約12D的位置, 在這一區(qū)域機筒的直徑恒定。機頭壓力升高, 制品表觀密度降低, 平均孔徑減小, 泡孔密度增大。近年又開發(fā)出一種新的擠出成型技術(shù)———電磁動態(tài)擠出成型技術(shù), 它將振動力場引入到微孔塑料擠出成型的全過程。納米復合材料進行微孔發(fā)泡, 并對影響微孔塑料制品泡孔結(jié)構(gòu)和性能的因素進行了研究。4 超臨界CO2發(fā)泡微孔塑料的泡孔結(jié)構(gòu)的影響因素 影響微孔塑料泡孔結(jié)構(gòu)的因素很多, 筆者將其分為兩大類:外部因素與內(nèi)部因素。CO2 擴散速率的增大則會導致熱力學不穩(wěn)定作用加劇, 進而增大成核速率和微孔塑料的泡孔密度。上述兩方面作用對泡孔直徑的影響相反, 最終所得微孔塑料的泡孔直徑減小與否則取決于哪種作用占據(jù)主要地位。4 .4 外力場外力場主要包括剪切場和振動場, 廣泛應(yīng)用于擠出、熱壓與注射成型。聚合物發(fā)泡是多學科交叉的領(lǐng)域, 涉及聚合物流變學、熱力學、物質(zhì)傳輸與成核等多門學科, 需要多個領(lǐng)域?qū)＜彝献饕酝苿釉擃I(lǐng)域不斷發(fā)展。周南橋等[ 47] 研究了不同剪切速率下PS/超臨界CO2均相體系的形成過程, 結(jié)果表明, 剪切速率的增加提高了聚合物和氣體的混合程度, 泡孔分布變得均勻,泡孔密度增大。飽和時間和卸壓時間主要是降壓成型法的重要工藝參數(shù), 而發(fā)泡時間則主要是升溫成型法的重要工藝參數(shù), 對于其他成型方法, 發(fā)泡時間可調(diào)節(jié)性不大, 主要研究如何在較短的發(fā)泡時間里得到孔徑均一、分布均勻的泡孔結(jié)構(gòu)。因此對于一般的成型方法[ 18 , 4143] , 溫度升高會使微孔塑料的泡孔密度減小, 泡孔孔徑增大, 表觀密度下降, 但對于升溫成型法,由于飽和條件(溫度、壓力、時間)相同,CO2在聚合物中的溶解量相同, 升高發(fā)泡溫度使CO2 擴散速率增大, 體系熱力學不穩(wěn)定作用加劇, 成核速率增大, 使得微孔塑料的泡孔密度增大4 .2 壓力根據(jù)經(jīng)典均相成核理論, 隨著壓力的升高, 超臨界CO2在聚合物體系中的溶解度和擴散速率增大, 氣泡成核的能壘降低, 從而使得氣泡的成核點增多、成核速率增大, 最終使微孔塑料的泡孔密度增大。內(nèi)部因素則主要包括聚合物和氣體本身的結(jié)
數(shù)學相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1