聚丙烯微孔材料的泡孔形貌调控及其性能的研究

摘要

聚丙烯（PP）微孔发泡材料具有较高的比强度、保温隔热性和尺寸稳定性，在建筑、运输、交通、生物医药等领域具有一定的应用价值和可观的发展前景。作为半结晶型聚合物，它的熔体强度低且结晶速率慢，很慢满足发泡所需要求，相对于大多数无定型聚合物来说发泡困难。超临界二氧化碳（scCO2）环保来源于自然界且可循环使用，被誉为当代最清洁发泡剂。 不同泡孔结构的微孔材料性能不同，为了全面深入的研究聚丙烯发泡材料的性能，本文利用自制的超临界模压及釜压发泡机，采用快速降压的方法制备出了聚丙烯微孔发泡材料。首先研究了工艺条件对泡孔形貌的影响，在足够长的饱和时间内，通过调节温度、压力、饱和时间及降压时间等，制得平均泡孔尺寸在5-120内的微孔材料。压力恒定时，随饱和温度增加，泡孔尺寸开始先增大后下降，相对密度则先下降后升高。温度一定时，增加压力，泡孔尺寸亦呈现增加趋势。增加降压时间，孔径变得较大且分布不均匀。而后，分别以平均孔径和相对密度为影响因素，制备相似孔径不同相对密度以及相似密度不同孔径等两类微孔材料进行力学性能分析。结果表明，相似密度的聚丙烯微孔发泡材料，断裂强度和模量随孔径的增大呈现减少的趋势。此外，当平均孔径在100以下时，较大的孔径具有较高的断裂伸长率。而当平均孔径大于100后，材料的断裂伸长率骤降，且孔径越大越容易断裂。 本文最后研究了超临界CO2发泡过程对聚丙烯晶型结构、晶态形貌、结晶热性能和发泡性能的影响。从饱和温度，饱和压力，饱和时间和降压时间方面入手，分别探究发泡各过程中的结晶行为。结果表明：聚丙烯材料在选取的21MPa二氧化碳饱和压力下，当饱和温度高于145℃且低于PP塑化后的熔点时，发泡后将有β晶生成。而在相同条件下饱和一定时间再冷却取出样品，或者常压下不同温度退火，均无β晶生成，这说明降压发泡过程是导致β晶生成的主要因素。我们进一步深入研究发现，若延长降压时间，未有β晶生成，因此较短的降压时间较高的饱和压力是形成β晶的关键。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1 超临界二氧化碳制备微孔材料

1.1.1 超临界二氧化碳

1.1.2 微孔泡沫成型方式

1.1.3 制备微孔泡沫的基本原理

1.2 微孔泡沫泡孔结构调控

1.2.1 基体物性参数对多孔材料孔形貌影响

1.2.2 发泡工艺对聚合物孔形貌影响（降压法）

1.3 聚丙烯微孔泡沫研究现状

1.4 聚丙烯泡沫的力学性能研究

1.5 超临界二氧化碳诱导材料结晶行为概述

1.6 本课题的主要研究内容和意义

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.2.1 制样设备

2.2.2 表征装置

2.3 样品的制备及其工艺流程

2.3.1 工艺过程

2.3.2 实验方法

2.4测试与表征

2.4.1 力学性能测试

2.4.2 DSC表征

2.4.3 发泡样品表征

2.4.4 结晶行为表征

3.1 引言

3.2 饱和温度对微孔聚丙烯泡孔形貌影响

3.3 饱和压力对微孔聚丙烯泡孔形貌影响

3.4 饱和时间对微孔聚丙烯泡孔形貌影响

3.5 降压时间对微孔聚丙烯泡孔形貌影响

3.6 多尺寸微孔形貌制备

3.7 本章小结

4.1 引言

4.2 拉伸性能研究

4.2.1 相似密度发泡材料拉伸性能

4.2.2 相似孔径发泡材料拉伸性能

4.3 压缩性能研究

4.3.1 相似密度发泡材料压缩性能

4.3.2 相似孔径发泡材料压缩性能

4.4 本章小结

5.1 引言

5.2 饱和温度在聚丙烯发泡过程中结晶行为影响

5.2.1 不同温度中聚丙烯发泡的结晶行为

5.2.2 不同温度中聚丙烯在常压下结晶行为

5.2.3 不同温度中聚丙烯在CO2下结晶行为

5.3 饱和压力在聚丙烯发泡过程中结晶行为影响

5.3.1 饱和压力对发泡聚丙烯结晶行为影响

5.3.2 饱和压力对聚丙烯结晶行为影响

5.4 饱和时间在聚丙烯发泡过程中结晶行为影响

5.5 降压时间在聚丙烯发泡过程中结晶行为影响

5.6 本章小结

6 全文结论

参考文献

在 学 研 究 成 果

一、在学期间所获奖励

二、在学期间取得的科研成果

致谢