1、微孔发泡材料体系及挤出发泡微孔发泡材料体系及挤出发泡1、微孔发泡概述2、微孔发泡材料体系及改性3、微孔挤出发泡技术与工艺2ppt课件1、 微孔发泡概论微孔发泡概论微孔塑料概述微孔塑料概述p 微孔泡沫塑料的定义为泡孔尺寸在微孔泡沫塑料的定义为泡孔尺寸在0.1-10 0.1-10 mm，同时，泡孔密度在，同时，泡孔密度在10109 9-10-101515个个/cm/cm3 3范范围内的微孔泡沫塑料。围内的微孔泡沫塑料。p 微孔泡沫塑料的微孔泡沫塑料的密度很低密度很低，可以降低到未，可以降低到未发泡塑料的发泡塑料的5 59595，而冲击强度和韧，而冲击强度和韧性得到提高，可增加到性得到提高，可增加到
2、5 5倍左右，疲劳寿倍左右，疲劳寿命也可以延长至未发泡材料的命也可以延长至未发泡材料的5 5倍倍. .微孔发泡技术起源于1981年美国MIT聚合物实验室3ppt课件微孔塑料的性能和应用微孔塑料的性能和应用p 由于微孔泡沫塑料所具有的独特的泡孔结构，使微孔泡沫由于微孔泡沫塑料所具有的独特的泡孔结构，使微孔泡沫塑料呈现出塑料呈现出许多优良的特性许多优良的特性冲击强度高冲击强度高韧性好韧性好比刚度大比刚度大高的疲劳寿命高的疲劳寿命介电常数低介电常数低热稳定性高热稳定性高所用发泡剂环保所用发泡剂环保热传导系数低热传导系数低质轻质轻性能性能4ppt课件滤芯汽车部件支架电池隔膜 应用应用p微孔泡沫塑料由于
3、具有上述优异的性能，使其微孔泡沫塑料由于具有上述优异的性能，使其应用领应用领域非常广泛域非常广泛, ,如包装材料领域，隔音材料领域，减震如包装材料领域，隔音材料领域，减震缓冲材料领域，绝缘隔热材料领域，生物材料领域等。缓冲材料领域，绝缘隔热材料领域，生物材料领域等。5ppt课件微孔塑料成型过程微孔塑料成型过程图1 超临界流体微孔发泡原理示意图超临界流体微孔发泡成型过程可分为超临界流体微孔发泡成型过程可分为三个阶段三个阶段： (1)(1)形成气体形成气体/ /聚合物饱和聚合物饱和均相均相体系体系 (2)(2)通过快速降压或升温使溶解在聚合物中的气体产生大的过饱和度通过快速降压或升温使溶解在聚合物
4、中的气体产生大的过饱和度，从而从而扩散扩散聚集聚集、发生相变、发生相变形成气泡形成气泡核核 (3)(3)气泡核的气泡核的长大长大和和定型定型6ppt课件制备技术相分离法单体聚合法超临界流超临界流体法体法间歇发泡间歇发泡挤出发泡挤出发泡注塑发泡注塑发泡超饱和气体法微孔发泡塑料的制备技术微孔发泡塑料的制备技术何为超临界流体？超临界流体超临界流体( (supercritical fluid) )是指温是指温度及压力均处于临界点以上的液体，度及压力均处于临界点以上的液体，具有许多独特的性质，如粘度小、密具有许多独特的性质，如粘度小、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质。度、扩散系数、溶剂化能力等性质。7p
5、pt课件间歇发泡成型间歇发泡成型快速升温间歇法微孔发泡示意图 快速升温法：快速升温法：首先将首先将聚合物与聚合物与气体放置一气体放置一个高压容器内，在一定的温度和压力条件个高压容器内，在一定的温度和压力条件下下气体气体扩散进入聚合物中去扩散进入聚合物中去，形成聚合物，形成聚合物/ /气体均相体系气体均相体系，迅速，迅速将聚合物放入将聚合物放入高温油浴槽内高温油浴槽内，由于，由于温度升高体系热力学平衡状态被打破，气体从聚合物基温度升高体系热力学平衡状态被打破，气体从聚合物基体中逸出引发大量的气泡核，随后气体不断扩散进入气泡核，气泡长大。当体中逸出引发大量的气泡核，随后气体不断扩散进入气泡核，气泡
6、长大。当气泡长大到一定的程度之后，迅速放入冷水槽中，冷却定型泡孔气泡长大到一定的程度之后，迅速放入冷水槽中，冷却定型泡孔。8ppt课件间歇发泡成型间歇发泡成型 快速快速卸卸压法：压法：将将聚合物颗粒或样品放置于密封的高压釜内，首先将釜内温度升高到聚合物颗粒或样品放置于密封的高压釜内，首先将釜内温度升高到浸泡温度浸泡温度，向，向釜内通入一定压强的超临界气体，气体釜内通入一定压强的超临界气体，气体通过扩散通过扩散进入聚合物进入聚合物基体中基体中，形成，形成聚合物聚合物/ /气体均相体系。将釜内温度降至发泡气体均相体系。将釜内温度降至发泡温度（一般温度（一般在在聚合物玻璃化温度聚合物玻璃化温度附近）
7、，然后对附近），然后对间歇釜快速卸压间歇釜快速卸压，引发，引发气泡成核，气体气泡成核，气体扩散进入气泡核，泡孔长大。同时对高压釜进行快速冷却，使聚合物内泡扩散进入气泡核，泡孔长大。同时对高压釜进行快速冷却，使聚合物内泡孔冷却定型孔冷却定型。快速卸压高压釜发泡装置示意图1-CO2供气瓶；2-压力表；3-计量泵；4-高压釜；5-样品9ppt课件挤出发泡成型挤出发泡成型1-加料斗；2-电动装置；3-机筒；4-螺杆；5-静态混合器；6-模头；7-加热套p 聚合物从加料斗加入挤出机后，经过挤出螺杆压缩，熔融塑化之后，聚合物从加料斗加入挤出机后，经过挤出螺杆压缩，熔融塑化之后，与注气口注入的气体相混合，在
8、螺杆剪切混合作用下与注气口注入的气体相混合，在螺杆剪切混合作用下形成聚合物熔形成聚合物熔体体/ /气体均相体系气体均相体系，然后通过挤出机头，然后通过挤出机头口模的快速卸压口模的快速卸压得到微孔发泡得到微孔发泡制品。制品。挤出发泡成型装置示意图10ppt课件连续挤出发泡成型连续挤出发泡成型自动加料装置自动加料装置注气装置注气装置卷取装置卷取装置离模吹胀装置离模吹胀装置发泡片材挤出机，由龙口市天海精密机械设备有限公司提供图片p 挤出发泡成型实现了挤出发泡成型实现了连续生产连续生产过程，过程，生产效率高生产效率高，可实现工业化应用。，可实现工业化应用。近几十年来，连续挤出发泡成型就成为微孔发泡成型
9、工艺的研究重点，近几十年来，连续挤出发泡成型就成为微孔发泡成型工艺的研究重点，上世纪九十年代初，上世纪九十年代初，C.B. Park等成功开发了连续挤出发泡成型机械，从等成功开发了连续挤出发泡成型机械，从而大大提高了生产效率，实现了微孔塑料的工业化生产目标。而大大提高了生产效率，实现了微孔塑料的工业化生产目标。11ppt课件注塑发泡成型注塑发泡成型p 聚合物从加料口加入注塑螺杆之后，在螺杆压缩和塑化作用下，超临界气体发泡剂扩散进入聚合物熔体中，形成气体形成气体/ /熔体均相体系熔体均相体系(在螺杆前段配以静态混合器)p 聚合物熔体/气体均相体系随后被输送至储料室中，通过外部加热使体系外部加热使
10、体系的温度升高的温度升高，气体在聚合物熔体中的溶解度将下降，引发热力学不稳定状态，从而引发气泡成核引发气泡成核p 在气熔均相体系充满模具型腔之后对其进行快速卸压快速卸压，气泡核开始长大长大，形成泡孔。同时对模具快速冷却快速冷却，使泡孔冷却定型定型，得到发泡制品微孔发泡注射成型工艺示意图12ppt课件微孔塑料泡孔成核与长大机理微孔塑料泡孔成核与长大机理p 微孔泡沫塑料的形成首先是要形成气泡核，然后气泡核膨胀和长大成为泡孔，最后是泡孔的固化定型。p 气泡核的形成阶段决定着泡孔数量的多少和分布，是微孔发泡成型的关键步骤。p 泡孔长大阶段决定泡孔最终的结构形态，例如泡孔后期发生的聚集和并泡。 因此因此
11、，为了得到预期的泡孔结构，控制发泡过程就必须充分了解发泡，为了得到预期的泡孔结构，控制发泡过程就必须充分了解发泡过程中过程中这两这两个关键的过程。个关键的过程。 泡孔均相成核泡孔均相成核泡孔成核是指在聚合物基体中产生非常小的泡孔过程，如果小泡孔的产生是由均相溶液产生的，这种成核工艺就称为均相成核。 泡孔异相成核泡孔异相成核如果在聚合物基体中存在着杂质，在气-液-固三相共存的交界面处的势能较低，气泡成核时将在这个点引发气熔相分离形成泡核。引发气泡核主要取决于成核粒子的形状和种类、固体与气体相界面的界面张力等。热力学不稳定泡孔成核气熔均相体系泡孔核13ppt课件 泡泡孔长大孔长大当气泡核形成以后，
12、气泡核周围的气体就会因气体浓度梯度差而进入气泡核中，促使气泡核长大而形成泡孔。微孔塑料泡孔成核与长大机理微孔塑料泡孔成核与长大机理熔体强度熔体强度气体的溶解量气体的溶解量发泡温度及压力发泡温度及压力成核剂种类及用量成核剂种类及用量降压速率等降压速率等控制泡孔长大的因素泡孔长大泡孔核泡孔14ppt课件 泡孔合并泡孔合并 泡孔合并是指相邻的两个或几个泡孔在泡孔壁接触以后持续长大，泡孔壁开始破裂融合成为一个大泡孔的情况。在生产闭孔结构的微孔材料时，泡孔合并现象是应该尽力避免的。 泡孔开孔泡孔开孔 微孔泡沫塑料根据泡孔连通性的不同，可以分为开孔型和闭孔型。闭孔型微孔泡沫塑料是指泡孔壁完整，泡孔与泡孔之
13、间是相互独立的，聚合物基体构成泡孔材料的连续相支撑整个泡沫结构。开孔型微孔泡沫塑料是指泡孔与泡孔之间不是彼此孤立的，泡孔内壁有小孔洞，泡孔之间可以相互连通，可进一步分为全开孔型和部分开孔型，这要根据发泡材料的特性和工艺来决定。微孔塑料泡孔成核与长大机理微孔塑料泡孔成核与长大机理泡孔合并泡孔开孔15ppt课件采用MuCell微发泡注塑成型技术的发动机护罩（福特汽车） 图片来自：1.韩国东信注塑机 MUCELL 系列 220-650吨； 2.网易汽车http:/ 使用使用化学发泡剂化学发泡剂的注塑发泡工艺，发泡产生的压力较低导致不能生产壁的注塑发泡工艺，发泡产生的压力较低导致不能生产壁厚或形状复杂
14、的制品。厚或形状复杂的制品。p 采用采用物理发泡剂物理发泡剂的微孔发泡注塑成型，气体在聚合物基体中的溶解度高，的微孔发泡注塑成型，气体在聚合物基体中的溶解度高，成型压力大，因此成核的数量密度大，能形成泡孔尺寸和分布均匀的发成型压力大，因此成核的数量密度大，能形成泡孔尺寸和分布均匀的发泡制品。泡制品。p 美国美国Trexel公司利用微孔发泡的原理，将热塑性微孔发泡技术用于注塑的公司利用微孔发泡的原理，将热塑性微孔发泡技术用于注塑的商业化生产商业化生产，并且不受传统发泡的热塑性聚合物限制因素的影响，形成，并且不受传统发泡的热塑性聚合物限制因素的影响，形成了微孔注射成型了微孔注射成型( (Mucel
15、l) )专利技术专利技术16ppt课件微孔塑料泡孔结构影响因素微孔塑料泡孔结构影响因素聚合物的粘度或熔体强度聚合物的粘度或熔体强度松弛时间松弛时间CO2在聚合物中的溶解度及扩散速率在聚合物中的溶解度及扩散速率相界面的表面张力等相界面的表面张力等发泡温度和压力发泡温度和压力发泡时间，发泡时间，饱和时间饱和时间剪切速率剪切速率降压速率等降压速率等材料物性材料物性工艺参数工艺参数影响因素影响因素p 影响泡孔结构的因素主要分为两类：一类是影响泡孔结构的因素主要分为两类：一类是聚合物材料本身的物性参数聚合物材料本身的物性参数；另一类影响泡孔结构的是另一类影响泡孔结构的是发泡工艺参数发泡工艺参数17ppt
16、课件 发泡温度因素发泡温度因素图1-7 PLA2003D在饱和压力16 MPa和不同发泡温度条件下发泡样品的SEM图及泡孔尺寸分布图：(a) 80 ；(b) 90 ；(c) 100 ；(d) 110 ；(e) 120 p 随着随着温度的升高温度的升高气体在聚合物中的气体在聚合物中的溶解度降低溶解度降低，成核数量会相对减少，体系，成核数量会相对减少，体系的的粘度或熔体强度降低粘度或熔体强度降低，气泡成核后长大的阻力降低，气泡成核后长大的阻力降低，泡孔尺寸较大泡孔尺寸较大。如果。如果进一步提高温度，熔体强度将继续降低，会加剧进一步提高温度，熔体强度将继续降低，会加剧泡孔塌陷或合并泡孔塌陷或合并现象
17、现象p 发泡发泡温度太低温度太低，体系的粘度增大，气体在聚合物中的扩散速率降低，聚合物，体系的粘度增大，气体在聚合物中的扩散速率降低，聚合物的熔体强度增加，气泡长大过程受到限制，的熔体强度增加，气泡长大过程受到限制，气泡难以长大气泡难以长大，如果温度降低到，如果温度降低到聚合物的聚合物的玻璃化温度以下玻璃化温度以下，聚合物，聚合物因粘度太大而不能发泡因粘度太大而不能发泡18ppt课件 发泡压力发泡压力因素因素 压力降速率因素压力降速率因素 PLA2003D在发泡温度100 C和不同发泡压力条件下发泡样品的SEM图及泡孔尺寸分布图：(a)8 MPa; (b)12 MPa; (c)16 MPa;
18、(d)20 MPa; (e)24 MPap 气体压力气体压力增加致使其在聚合物中的增加致使其在聚合物中的溶解度增加溶解度增加，进而气泡成核数目增，进而气泡成核数目增加，泡孔密度增大加，泡孔密度增大p 根据经典成核理论，根据经典成核理论，压力降越大压力降越大，气泡成核的，气泡成核的速率越快速率越快，气泡核数量，气泡核数量就越多。因此，发泡压力是影响泡孔结构的另一重要因素就越多。因此，发泡压力是影响泡孔结构的另一重要因素p 气泡内外的气泡内外的气体浓度梯度或者是内外的压力差气体浓度梯度或者是内外的压力差是驱动泡孔长大的原动是驱动泡孔长大的原动力，力，降压速率直接反映的是泡孔生长的加速度降压速率直接
19、反映的是泡孔生长的加速度19ppt课件微孔发泡应用广泛，对于不同的应用领域，微孔发泡技术具有不同的材微孔发泡应用广泛，对于不同的应用领域，微孔发泡技术具有不同的材料体系，下面按高分子材料的分类来分别介绍各种材料体系的研究进展：料体系，下面按高分子材料的分类来分别介绍各种材料体系的研究进展：在通用塑料上的研究p 通用塑料主要包括聚乙烯（通用塑料主要包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（）、聚氯乙烯（PVC）、聚）、聚苯乙烯（苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和丙烯腈）和丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚苯乙烯共聚物（物（ABS）等，其产量占整个塑
20、料产量的）等，其产量占整个塑料产量的90%以上。以上。p 聚丙烯发泡塑料是通用塑料微孔发泡研究中最广泛的材料之一，其具有良聚丙烯发泡塑料是通用塑料微孔发泡研究中最广泛的材料之一，其具有良好的力学性能、热稳定性能和尺寸稳定性能，刚性高于好的力学性能、热稳定性能和尺寸稳定性能，刚性高于PE发泡材料，抗冲发泡材料，抗冲击性能优于击性能优于PS发泡材料，同时耐热温度达到发泡材料，同时耐热温度达到130，而，而PS和和PE发泡材料的耐发泡材料的耐热温度只有热温度只有70-80。微孔发泡材料体系及改性微孔发泡材料体系及改性20ppt课件北京化工大学Luo et al.分别对比了球状和纤维状聚对苯二甲酸丁二
21、酯（PBT）与PPPP复合材料的微孔发泡材料球状和纤维状PBT对PP结晶形态影响的示意图复合材料在157.4发泡的SEM图 (a)纯PP (b)PP-5sPBT (c) PP-5fPBTp 球状和纤维状的球状和纤维状的PBT在在PP基体中作为基体中作为异相成核点异相成核点促进了促进了PP的结晶，提高了的结晶，提高了PP的结晶密度和结晶温度。在微孔发泡过程中，密集的晶体作为泡孔成核的结晶密度和结晶温度。在微孔发泡过程中，密集的晶体作为泡孔成核点，点，减少了泡孔尺寸，同时提高了泡孔密度减少了泡孔尺寸，同时提高了泡孔密度。对比球状和纤维状。对比球状和纤维状PBT，纤，纤维状的维状的PBT对对PP的发
22、泡性能更有利的发泡性能更有利21ppt课件Wang et al.等研究了PP及其纳米复合材料的发泡行为170165PPPP/nanoclay/PP-g-MAHy复合材料的泡孔形貌实验对实验对PP/PP-g-MAH/PP/PP-g-MAH/nanoclaynanoclay和和PPPP复合材料复合材料进行了不同温度进行了不同温度条件下的超临界条件下的超临界COCO2 2发泡发泡研究。研究。结果表明结果表明低浓度的低浓度的PP-g-PP-g-MAH/MAH/nanoclaynanoclay的加入降低了材的加入降低了材料的熔体拉伸强度和剪切复数料的熔体拉伸强度和剪切复数模量，而浓度超过一定值时，模量，
23、而浓度超过一定值时，则会则会则会则会提高提高材料的熔体拉伸材料的熔体拉伸强度和剪切复数模量强度和剪切复数模量，从而提，从而提高了复合材料的发泡能力，使高了复合材料的发泡能力，使泡孔结构更加完善泡孔结构更加完善22ppt课件华东理工大学赵玲等使用限制发泡法制备了具有取向泡孔结构取向泡孔结构的PSPS微孔发泡材料PS取向泡孔形貌 (a)取向度0.3 (b)取向度0.5分子链在发泡过程中的取向示意图PS发泡样品冲击断面形貌图(a)无取向 (b)取向度0.3 (c)取向度0.5实验结果表明：实验结果表明：泡孔取向后的发泡材料力学性能优于普通发泡孔取向后的发泡材料力学性能优于普通发泡材料。原因有：泡材料
24、。原因有：p 取向发泡材料断裂面处的取向发泡材料断裂面处的固体面积更多固体面积更多p 在垂直于取向方向上可以在垂直于取向方向上可以增加裂纹传播的增加裂纹传播的能量能量p 泡泡孔的取向可以促进孔的取向可以促进分子链的取向分子链的取向23ppt课件五大工程塑料主要五大工程塑料主要包括：包括：聚酰胺（聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（）、聚甲醛（POM）、）、聚苯醚（聚苯醚（PPO）和热塑性聚酯（）和热塑性聚酯（PET，PBT）。）。工程塑料的性能特点主要有：工程塑料的性能特点主要有：（1）与通用塑料相比，具有优良的耐热耐热和耐寒性能和耐寒性能，在广泛的温度范围内机械性能优良，
25、适宜作为结构材料使用；（2）耐腐蚀性耐腐蚀性良好，受环境影响较小，有良好的耐久性；（3）与金属材料相比，易易加工，生产效率高加工，生产效率高，并可简化程序，节省费用；（4）有良好的尺寸稳定性和电绝缘性尺寸稳定性和电绝缘性；（5）重量轻，比强度高，并具有突出的耐磨性耐磨性。在工程塑料上的研究24ppt课件Laure et al. 等使用超临界二氧化碳在较低压力下研究聚碳酸酯聚碳酸酯及其添加碳纳米管后复合材料的发泡性能，同时还研究了发泡材料的电磁特性聚碳酸酯复合材料发泡后的泡孔形态（75bar，浸泡温度100oC，发泡温度190oC） (a)PC (b)PC/0.1WMNTs (c) PC/0.2
26、WMNTs p 加入碳纳米管后，聚碳酸酯的结晶度最高增加到加入碳纳米管后，聚碳酸酯的结晶度最高增加到20%，同时发泡后的泡孔，同时发泡后的泡孔尺寸减小到尺寸减小到10m左右，聚碳酸酯纳米复合材料发泡后的左右，聚碳酸酯纳米复合材料发泡后的导电性能导电性能也比发泡也比发泡前的复合材料得到前的复合材料得到大大的提高大大的提高。25ppt课件在生物可降解塑料上的研究PLA由乳酸通过聚合反应合成由乳酸通过聚合反应合成的，而乳酸可以由玉米、秸秆的，而乳酸可以由玉米、秸秆等各种含有糖类的植物组织发等各种含有糖类的植物组织发酵得到。酵得到。PLA经乳酸菌可以完经乳酸菌可以完全分解成水和二氧化碳，对环全分解成水
27、和二氧化碳，对环境没有危害。境没有危害。聚乳酸自然循环过程图解p 塑料给人们生活带来了巨大便利的同时，也逐渐给人类带来了很大的塑料给人们生活带来了巨大便利的同时，也逐渐给人类带来了很大的困扰，甚至给环境带来了不可逆的破困扰，甚至给环境带来了不可逆的破坏坏。生物降解塑料的出现给人们。生物降解塑料的出现给人们带来了新的希望。生物可降解塑料是指在细菌等作用下，可以逐渐断带来了新的希望。生物可降解塑料是指在细菌等作用下，可以逐渐断链分解的塑料链分解的塑料。p 近些年来，生物近些年来，生物可降解塑料吸引了研究人员的广泛关注，其中典型的可降解塑料吸引了研究人员的广泛关注，其中典型的有有PLA、PHAs、P
28、CL和和PBS等。等。26ppt课件本课题组使用微孔间歇发泡法详细研究了PLA发泡 发泡条件对发泡行为的影响发泡条件对发泡行为的影响（温度、压力、发泡空间等）（温度、压力、发泡空间等） 二元泡孔结构形成机理及调控二元泡孔结构形成机理及调控 不同尺度纳米粒子作用下的聚不同尺度纳米粒子作用下的聚乳酸微孔发泡乳酸微孔发泡研究研究 聚乳酸聚乳酸/ /聚丁二酸丁二醇酯共混聚丁二酸丁二醇酯共混物性能及其微孔发泡行为物性能及其微孔发泡行为发泡温度对PLA发泡样品二元泡孔结构的影响(a) 90oC；(b) 100oC；(c) 110oC，压力差P为4 MPa27ppt课件Sulamith et al.等详细的
29、研究了PBS、PLA、PLA/PHB等生物降解塑料的发泡行为和机械性能三种生物降解材料的泡孔SEM图 高压高压COCO2 2的存在使得三种聚合的存在使得三种聚合物的物的熔融熔融温度温度明显明显下降下降，这对，这对选择合适的发泡温度具有指导选择合适的发泡温度具有指导性性意义意义 相同发泡条件下，相同发泡条件下，PBSPBS和和PLAPLA具具有有较大孔隙率较大孔隙率，但是但是PLA/PHBPLA/PHB复合材料的的复合材料的的孔隙率却比二者孔隙率却比二者小，说明共混物的相容性较差，小，说明共混物的相容性较差，影响了泡孔的长大影响了泡孔的长大28ppt课件在弹性体材料上的研究p 聚氨酯弹性体（TP
30、U）是弹性体中比较特殊的一大类，聚氨酯弹性体的硬度范围很宽硬度范围很宽，性性能范围也很宽能范围也很宽，所以聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。TPU因具有优异的耐磨性耐磨性和弹性弹性等，可以替代聚氯乙烯等普通热塑性材料。微孔聚氨酯材料具有弹性好、吸收弹性好、吸收震动、耐磨震动、耐磨等特点，已经广泛应用在鞋材、汽车吸振零部件等许多领域。聚氨酯微孔泡沫鞋底p 热塑性弹性体又称人造橡胶或合成橡胶，其产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、高弹性、耐老化、耐油性耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点。常用的热塑性弹性体有：苯乙烯类（SBS、SIS、SEBS、SE
31、PS）、烯烃类（TPO、TPV）、双烯类（TPB、TPI）、氯乙烯类（TPVC、TCPE）、氨酯类（TPU）、酯类（TPEE）、酰胺类（TPAE）、有机氟类（TPF）、有机硅类和乙烯类等。29ppt课件微孔注射成型过程中使用CO2+水作为发泡剂的原理示意图(a)水发泡样品 (b)CO2发泡样品 (c)CO2+水发泡样品的微孔形态本课题组通过微孔注射成型法使用水和水和COCO2 2作为发泡剂制备了TPU多孔支架。p 研究发现水的引入能够提高研究发现水的引入能够提高TPU的发泡性能、泡孔尺寸的发泡性能、泡孔尺寸及泡孔密度，并可以及泡孔密度，并可以扩大发扩大发泡面积泡面积并并消除消除传统发泡制备传统
32、发泡制备样品存在的样品存在的皮层结构皮层结构。30ppt课件p 为了提高材料的发泡能力及其发泡后材料的各项性能，聚合物在发泡前往往进行一定程度的改性研究，具体的改性方法如下：31ppt课件纳米填料改性纳米填料改性纳米填料对微孔发泡的作用p 纳米填料影响泡孔成核纳米填料影响泡孔成核p 纳米填料影响泡孔生长过程纳米填料影响泡孔生长过程p 纳米填料影响发泡气体的扩散行为纳米填料影响发泡气体的扩散行为 理论和实验现象均证明，纳米填料的加入，可以明显改善泡孔结理论和实验现象均证明，纳米填料的加入，可以明显改善泡孔结构的作用，构的作用， 减小泡孔尺寸、增大泡孔密度及其均匀性减小泡孔尺寸、增大泡孔密度及其均
33、匀性纳米填料的分类p 粒状（零维）：纳米碳酸钙、纳米二氧化硅等粒状（零维）：纳米碳酸钙、纳米二氧化硅等p 棒状（一维）：碳纳米管、埃洛石等棒状（一维）：碳纳米管、埃洛石等p 片状（二维）：纳米黏土、石墨烯等片状（二维）：纳米黏土、石墨烯等32ppt课件本课题组通过超临界CO2挤出发泡法研究了纳米纳米CaCOCaCO3 3对PS发泡性能的影响p 实验系统地研究了纳米实验系统地研究了纳米CaCO3填充含量、挤出口模拉伸收填充含量、挤出口模拉伸收敛作用、挤出口模温度、挤敛作用、挤出口模温度、挤出口模压力和出口模压力和CO2注气流量对注气流量对 PS/nanoCaCO3复合材料超临复合材料超临界界CO
34、2挤出发泡行为的影响；挤出发泡行为的影响；p 超临界流体不仅起到超临界流体不仅起到物理发物理发泡剂泡剂的作用，也促进了纳米的作用，也促进了纳米粒子在粒子在PS熔体中的熔体中的分散分散；p 随着纳米粒子含量的增加，随着纳米粒子含量的增加，复合材料的复合材料的泡孔尺寸降低泡孔尺寸降低，泡孔密度明显增加。泡孔密度明显增加。PS/nanoCaCO3复合材料的泡孔形貌(a)纯PS(b)3%nanoCaCO3(c)5%nanoCaCO333ppt课件暨南大学梁丽金等人对PLA/HNTs纳米复合材料的发泡行为进行了研究不同HNTs含量对PLA/HNTs纳米复合材料的泡孔形态及直径分布的影响(a)PLA (b
35、)PLA/0.5HNTs (c)PLA/1HNTs (d)PLA/1.5HNTs (e)PLA/2HNTsp HNTs成核效果明显，成核效果明显，提高结晶速率提高结晶速率，但，但降低降低了聚合物的了聚合物的结晶度结晶度p HNTs含量为含量为0.5%时，材料的粘度最大，同时发泡制品的泡孔直径也是最时，材料的粘度最大，同时发泡制品的泡孔直径也是最小，小，泡孔密度最大泡孔密度最大，此时各项性能最优，此时各项性能最优34ppt课件本课题组研究了PLA/蒙脱土蒙脱土挤出发泡材料的性能PLA/OMMT复合材料的力学性能和流变性能PLA/OMMT 110发泡泡孔形态p 首先研究了首先研究了PLA/OMMT
36、复合材料的性能，当复合材料的性能，当OMMT添加量为添加量为2%时各项性能最优；时各项性能最优；p 调控调控发泡温度、压力、释压速率发泡温度、压力、释压速率研究研究PLA/2%OMMT复合体系的泡孔结构。随着温复合体系的泡孔结构。随着温度的升高，泡孔壁变厚，泡孔平均直径变小，且出现了泡孔合并现象。当压力升度的升高，泡孔壁变厚，泡孔平均直径变小，且出现了泡孔合并现象。当压力升高时，泡孔直径也减小，同时泡孔密度增加。在释压速率较小时，泡孔出现了分高时，泡孔直径也减小，同时泡孔密度增加。在释压速率较小时，泡孔出现了分层现象，泡孔分布的均匀性差。层现象，泡孔分布的均匀性差。35ppt课件纤维增强改性p
37、 微孔发泡材料优点显著，但作为结构材料使用时，其微孔发泡材料优点显著，但作为结构材料使用时，其强度和刚度明显不强度和刚度明显不足足。同时对于某些高分子材料需要在熔点以上进行发泡时，聚合物熔体。同时对于某些高分子材料需要在熔点以上进行发泡时，聚合物熔体强度再熔点出急剧下降，会导致泡孔破裂和归并，使最终制品的泡孔不强度再熔点出急剧下降，会导致泡孔破裂和归并，使最终制品的泡孔不均一，尺寸变大。为了解决以上问题，对高分子材料进行均一，尺寸变大。为了解决以上问题，对高分子材料进行纤维增强纤维增强是一是一种直接有效的方法种直接有效的方法纤维的分类 植物纤维：棉花、黄麻、竹纤维等 动物纤维：蚕丝、毛发纤维等
38、 矿物纤维：石棉等天 然 纤 维 人造纤维：黏胶纤维、醋酸纤维、铜胺纤维等 合成纤维：聚酯纤维、聚酰胺纤维等 无机纤维：玻璃纤维、碳纤维等化 学 纤 维36ppt课件本课题组制备了本课题组制备了PCL/CNC复合发泡复合发泡材料并通过小鼠纤维细胞培养来研究材料并通过小鼠纤维细胞培养来研究其在其在组织工程支架组织工程支架上的应用。上的应用。p CNC与与PCL具有具有良好的相容性良好的相容性p CNC提高了复合材料的提高了复合材料的拉伸和流变性能拉伸和流变性能，作为作为成核剂成核剂促进结晶促进结晶3T3纤维细胞在微孔注射成型样品上培养10天的结果(a,e)纯PCL (b,f)0.5%CNC (c
39、,g)1%CNC (d,h)5%CNCPCL/CNC复合发泡材料的微观形貌(a)PCL (b)PCL/0.5CNC (c)PCL/1CNC (d)PCL/5CNCp CNC起到起到异相成核异相成核的作用，的作用，提高孔隙率和泡孔密度提高孔隙率和泡孔密度p 低含量的低含量的CNC的复合多孔的复合多孔材料具有良好的材料具有良好的细胞相容细胞相容性性37ppt课件贵州师范大学段焕德等采用微孔发泡注塑成型的方法方便制备了贵州师范大学段焕德等采用微孔发泡注塑成型的方法方便制备了碳纤维碳纤维（CF）、玻璃纤维（）、玻璃纤维（GF）和芳纶纤维（）和芳纶纤维（AF）增强聚丙烯的复合发泡材料，增强聚丙烯的复合发
40、泡材料，研究了研究了3种纤维对微孔发泡聚丙烯种纤维对微孔发泡聚丙烯/纤维复合发泡材料的力学性能和发泡性能纤维复合发泡材料的力学性能和发泡性能影响。影响。p PP/CF复合发泡材料的复合发泡材料的综合性能提高的幅度最大综合性能提高的幅度最大，其中拉伸、压缩和弯曲，其中拉伸、压缩和弯曲强度分别提高了强度分别提高了100.9%，80.4%和和126.5%；而；而PP/AF复合发泡材料的韧性复合发泡材料的韧性最好，相对于纯最好，相对于纯PP提高了提高了151.2%。对于泡孔形态，。对于泡孔形态，PP/CF复合发泡材料的复合发泡材料的微孔尺寸最小微孔尺寸最小，达到了，达到了9.22m。PP及其复合发泡材
41、料的微观形貌38ppt课件共混改性共混改性p 将不同种类的聚合物采用物理或化学的方法共混，不仅可以显著改善原聚将不同种类的聚合物采用物理或化学的方法共混，不仅可以显著改善原聚合物的性能，形成具有优异综合性能的聚合物体系，而且可以极大地降低合物的性能，形成具有优异综合性能的聚合物体系，而且可以极大地降低聚合物材料开发和研制过程中的费用，降低成本聚合物材料开发和研制过程中的费用，降低成本不同分散结构的共混物发泡示意图39ppt课件本课题组使用挤出发泡的方法制备了PPC/PS/PTFE复合发泡材料p PPC的的发泡能力较差发泡能力较差，通过加入，通过加入PS来改善复合材料的发泡质量来改善复合材料的发
42、泡质量，在加工过在加工过程中，程中，PTFE原位成纤也使复合材料的流变性能提高，使最终复合发泡材原位成纤也使复合材料的流变性能提高，使最终复合发泡材料达到料达到微孔微孔级别级别PPC/PS/PTFE复合发泡材料的微观形貌(a)PPC (b)PPC/10PS (c)PPC/30PS (d)PPC/0.3PTFE (e)PPC/30PS/0.3PTFE40ppt课件Srikanth et al.等研究了PLA与PBAT共混物超临界挤出发泡行为不同配比的共混物的扫面电镜图（Evocio为市售PLA/PBAT共混物）该实验中重点研究该实验中重点研究了共了共混物两相相容性混物两相相容性、滑石粉滑石粉(t
43、alc)的的加入、发泡加入、发泡温度改变等温度改变等对复合材料发泡对复合材料发泡行为的影响行为的影响：p PLA/PBAT相容性较差相容性较差，影响了复合材料的发泡性能。对比经过处理的PLA/PBAT共混物发泡材料，其泡孔质量明显降低p 滑石粉作为成核剂成核剂降低了平均泡孔直径和体积膨胀率，提高提高了泡孔了泡孔密密度度，对样品的开孔率有较复杂的影响41ppt课件反应增容PLA/PBAT (80:20)共混物的分散相形态及发泡材料泡孔形貌(a)无增容剂 (b)0.1% (c)0.3% (d)0.5%北京化工大学励杭泉等通过加入增容剂增容剂研究PLA/PBAT共混物发泡行为p 增容剂的加入降低复合
44、材料的绝对结晶度，但改善了增容剂的加入降低复合材料的绝对结晶度，但改善了PLA/PBAT共混体系的共混体系的熔体弹性，熔体弹性，提高了发泡性能提高了发泡性能；p PLA/PBAT共混体系的共混体系的两相界面两相界面可以可以促进泡孔成核促进泡孔成核，有利于降低发泡密度；，有利于降低发泡密度；p 随着增容剂含量的增加，发泡倍率从随着增容剂含量的增加，发泡倍率从7.83倍提高到倍提高到19.74倍倍。42ppt课件化学改性化学改性化学改性的原理是通过化学反应在聚合物分子链上引入其他化学改性的原理是通过化学反应在聚合物分子链上引入其他链接和功能基团，由此可以提高材料的力学、耐候、抗老化和流链接和功能基
45、团，由此可以提高材料的力学、耐候、抗老化和流变性能。变性能。化学改性的方法分类p 接枝改性：熔融接枝、溶液接枝、悬浮接枝、接枝改性：熔融接枝、溶液接枝、悬浮接枝、辐射接枝、超临界辐射接枝、超临界CO2协助接枝；协助接枝；p 交联改性：有机过氧化物交联、氮化物交联、交联改性：有机过氧化物交联、氮化物交联、辐射交联；辐射交联；p 等离子体改性等离子体改性p 共聚改性共聚改性43ppt课件华东理工大学赵玲等使用原位聚合改性PET来制备微孔发泡材料265275纯PET0.3%PENTA改性PET0.8%PMDA改性PETPET及改性PET发泡材料泡孔形貌p 由于由于PET在熔融状态下在熔融状态下粘度低
46、粘度低，发泡加工后，发泡加工后泡泡孔容易塌陷孔容易塌陷p 使用使用PENTA（季戊四醇）（季戊四醇）和和PMDA（均苯四甲酸（均苯四甲酸二酐）原位聚合改性后，二酐）原位聚合改性后，PET的的特性粘度增加而特性粘度增加而熔融指数降低熔融指数降低，使发泡，使发泡能力提高，泡孔完善能力提高，泡孔完善44ppt课件p Ester et al.等使用等使用纳米二氧化硅纳米二氧化硅为填料制备低密度聚乙烯纳米复合材料，为填料制备低密度聚乙烯纳米复合材料，其中添加了马来酸酐接枝改性的其中添加了马来酸酐接枝改性的LDPE作为增容剂。通过实验观察和分析作为增容剂。通过实验观察和分析得到，添加得到，添加LDPE-g
47、-MAH以后增加了基体与纳米填料的相容性。使用间歇以后增加了基体与纳米填料的相容性。使用间歇发泡法得到的发泡材料中，可以明显看到添加增容剂的复合发泡材料发泡法得到的发泡材料中，可以明显看到添加增容剂的复合发泡材料泡泡孔密度更大孔密度更大，尺寸更小尺寸更小并且并且更加均匀更加均匀。LDPE及其复合发泡材料的微观形貌(a)LDPE (b)LDPE/纳米二氧化硅 (c)LDPE/纳米二氧化硅/LDPE-g-MAH(a)(b)(c)45ppt课件3 微孔挤出发泡工艺与技术微孔挤出发泡工艺与技术聚合物粉料或粒料挤出机机筒加热塑化熔融段注入超临界流体做为发泡剂聚合物/气体均相体系混合扩散挤出模内成核膨胀改
48、变体系压力冷却固化成型挤出发泡工艺过程挤出发泡工艺过程46ppt课件传统的挤出发泡成型系统传统的挤出发泡成型系统为了实现进气、混合的功能，必须对发泡挤出机的螺杆结构进行改进为了实现进气、混合的功能，必须对发泡挤出机的螺杆结构进行改进：p 要要在熔融段后在熔融段后增加一个进气增加一个进气段段，使使发泡剂（气体）能顺利进入机筒内发泡剂（气体）能顺利进入机筒内；p 有有长度适当、结构合理长度适当、结构合理的的计量段计量段，使发泡剂与聚合物充分混合，快速，使发泡剂与聚合物充分混合，快速形成均相体系。这种结构上的变化，会使挤出机螺杆的长径比大大增形成均相体系。这种结构上的变化，会使挤出机螺杆的长径比大大
49、增加，加，给设备给设备的加工和装配带来了一定难度。的加工和装配带来了一定难度。47ppt课件串联挤出发泡成型系统串联挤出发泡成型系统与传统的发泡挤出机相比：与传统的发泡挤出机相比：1.在结构上，由于串联挤出系统将物料的熔融、注气以及混合等功能分成两级挤出机来实现，其螺杆长径比可以小很多螺杆长径比可以小很多，便于加工装配。2.串联挤出系统的第二级第二级挤出机的另一个重要功能是实现聚合实现聚合物物/ /气体体系均匀冷却气体体系均匀冷却48ppt课件动态成型技术在挤出发泡成型中的应用动态成型技术在挤出发泡成型中的应用 动态成型加工是通过将振动力场动态成型加工是通过将振动力场引入高分子材料成型加工的全
50、过程，引入高分子材料成型加工的全过程，变传统的高分子材料纯剪切、稳态塑变传统的高分子材料纯剪切、稳态塑化、输送机理为化、输送机理为振动剪切、动态塑化、振动剪切、动态塑化、输送机理输送机理。 动态成型技术引入到发泡成型过动态成型技术引入到发泡成型过程中可以程中可以提高混合搅拌强度和对流扩提高混合搅拌强度和对流扩散速率，散速率， 能够加速均相体系的形成，能够加速均相体系的形成，并提高气泡成核速率并提高气泡成核速率。施加振动后，泡孔分布更加均匀，泡孔尺寸减小、 密度提高。49ppt课件可视化技术在挤出发泡成型中的应用可视化技术在挤出发泡成型中的应用p 由于对挤出发泡并不是每一个过程每一个步骤都了解的
