微孔聚合物材料泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控技術(shù)研究.pdf

1、微孔聚合物材料可在較少損失材料力學(xué)性能的前提下降低材料密度和用量，同時(shí)滿足材料的輕質(zhì)、高強(qiáng)度和功能性要求。微孔聚合物發(fā)泡材料疲勞壽命長(zhǎng)，具有較好的韌性、熱穩(wěn)定性、能量吸收和絕緣性能，在汽車、家電、電子、建筑、包裝、消費(fèi)品工業(yè)及軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于同一種聚合物基體，泡孔結(jié)構(gòu)是決定其力學(xué)性能的主要因素，因此研究微孔聚合物材料的泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)具有重要意義。本文在參考了目前有關(guān)聚合物發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)制備具有不

2、同結(jié)構(gòu)和功能的添加劑，針對(duì)聚苯乙烯(PS)和聚丙烯(PP)兩種聚合物體系進(jìn)行了泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)研究，分析了添加劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用機(jī)理。
　　 本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 1.采用三種具有不同粒徑的化學(xué)發(fā)泡劑，通過(guò)化學(xué)注塑發(fā)泡制備了PS和PP發(fā)泡材料，研究了發(fā)泡劑粒徑對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用。結(jié)果顯示，發(fā)泡劑粒徑越小，PS和PP發(fā)泡材料的平均泡孔尺寸越小，單位體積孔數(shù)量越高，通過(guò)改變化學(xué)發(fā)泡劑粒徑可

3、以調(diào)節(jié)泡孔尺寸和單位體積孔數(shù)量；較高熔體強(qiáng)度聚合物能夠降低體系泡孔合并程度，從而降低泡孔尺寸，提高單位體積孔數(shù)量。
　　 2.通過(guò)羧基功能化PS微球表面接枝技術(shù)，制備了表面含氨基脲的亞微米PS(SCPS)微球，分析了SCPS的形態(tài)、發(fā)泡功能及其在PS基中的分散。SEM顯示微球形狀規(guī)則，平均尺寸在300-900 nm范圍；TG分析證明SCPS的氣體產(chǎn)率約為35 ml/g，SCPS具有發(fā)泡功能；SEM證明通過(guò)熔融共混，SCPS微球能

4、夠均勻分散在PS基中；采用SCPS作為發(fā)泡劑制備了PS發(fā)泡材料，研究了SCPS對(duì)其泡孔結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)泡材料平均泡孔尺寸為25μm，單位體積孔數(shù)量為1.56×107cells/cm3，泡孔尺寸分布較窄，屬于微孔材料范疇。
　　 3.通過(guò)乳液聚合方法制備了POSS/PS納米微球，并利用該微球與PS復(fù)合，通過(guò)化學(xué)發(fā)泡制備了POSS/PS納米復(fù)合發(fā)泡材料，研究了納米微球的結(jié)構(gòu)形態(tài)、對(duì)體系流變行為的影響及其對(duì)PS泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用。TEM

5、顯示微球結(jié)構(gòu)較為均一，平均尺寸約為35 nm；XRD分析顯示POSS以分子水平存在于納米微球中；POSS在0.03-0.15 wt％含量時(shí)對(duì)體系流變性能沒(méi)有顯著影響，其對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控能力主要?dú)w功于成核作用：在含量較高(0.5 wt％)時(shí)，POSS提高了體系的彈性模量和損耗模量，抑制了發(fā)泡過(guò)程中的泡孔合并行為。POSS/PS納米復(fù)合發(fā)泡材料的平均泡孔尺寸為15.16μm，單位體積泡孔數(shù)為1.28×108cells/cm3。
　　

6、 4.采用一步乳液聚合方法合成了亞微米熱膨脹微球，研究了微球結(jié)構(gòu)、熱膨脹性能及相關(guān)影響因素。TEM顯示微球尺寸在80-400 nm，結(jié)構(gòu)較均一，鏈轉(zhuǎn)移劑用量在0.7 wt％以上時(shí)微球具有單核膠囊化結(jié)構(gòu)；SEM、TG和TMA分析證明膨脹后微球尺寸可達(dá)到原始尺寸的10-20倍，微球的熱膨脹溫度范圍約為170-200℃，200℃之前微球內(nèi)的異辛烷沒(méi)有明顯的擴(kuò)散逸出；DVB含量達(dá)到7.4wt％，異辛烷含量為26.5 wt％時(shí)，微球具有較好的熱膨

7、脹性能；利用合成的微球通過(guò)熔融共混制備了超微孔PS，其微孔尺寸分布在150～400 nm范圍，單位體積孔數(shù)量達(dá)到達(dá)到2.03×1012cells/cm3。
　　 5.采用離子交換方法制備了OMMT，并通過(guò)化學(xué)注塑發(fā)泡制備了PP/OMMT納米復(fù)合發(fā)泡材料，分析了OMMT在PP基中的分散及其對(duì)PP基的結(jié)晶行為、泡孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。XRD顯示，含量在2-4 wt％時(shí)，OMMT在PP基中分散良好；OMMT含量為4wt％時(shí)，PP/O