微孔材料的成型加工及特性研究

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1、山东科技大学硕士学位论文绪论1绪论1．1引言多孔材料是一种由大量孔隙构成网状结构的材料，孔隙为封闭、半封闭或相互连通的，其中孔隙中的流体相是气体或者液体，但大多数情况下为气体。多孔材料有两大特点：一、材料内部为孔结构；二、这些孔道必须满足某些使用性能或者工程指标[¨。作为一种新型的材料体系，多孔材料最明显的特征是具有一定的孔隙结构，并且因其特有的渗透、吸附、过滤等性能在许多领域具有广泛的应用前景，现已迅速发展成为国内外学者关注的焦点和热点【2】。近年来，国内外研究者对多孔材料的性能以及使用十分重视，

2、促使多孔材料迅速发展起来。多孔材料因性能不同有多种分类方法：(1)多孔材料因其孔隙率大小不同分为中低孔隙率材料和高孔隙率材料。其中，前一种材料的孔隙结构多为封闭的，后一种材料随孔道结构变化而出现三种情况：开孔泡沫材料、蜂窝材料和闭孔泡沫材料；(2)多孔材料因材料组分不同可分为多孔金属材料、多孑L陶瓷材料和多孔塑料【31。此外，根据国际纯粹与应用化学协会(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry，IUPAC)的定义，把孔直径小于2rim的物质称为微孔，具有

3、规则微孔孔隙结构的多孔材料称为微孔材料；孔直径在2-50nm的物质称为介孔，具有有序介孔孔隙结构的多孑L材料称为介孔材料；孔直径大于50hm的物质称为大孔【4】。微孔材料作为多孔材料其中的一种，由于其比表面积大、相对密度小、孔径较小、抗压强度大，通常被用于流体分离，是本课题研究的主要内容。常见用于制备微孔材料的粘结剂树脂有聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)等，其中选用PP制备微孔材料的成型工艺与性能较好，且应

4、用广泛。PP是一种线形、相对密度小的聚合物树脂，在熔融状态下流动性好，是接触到的常用塑料中最为耐热的一种，与其它聚烯烃相比，具有良好的机械性能和化学稳定性。目前，PP作为一种比较便宜的塑料，普遍存在于国内外各工业生产部门，已经成为最主要的制备微孔膜的塑料之一”剖。山东科技大学硕士学位论文绪论1．2微孔材料的成型方法目前，常见的用于微孔材料的成型方法主要有：粉末烧结法【71、模板一滤取法【12】、热致相分离法【16】、添加致孔剂法和活性炭单螺杆挤出法【26I。1．2．1粉末烧结法粉末烧结法是将聚合物粉

5、末进行机械压实后在一定温度下烧结，使得聚合物粉末熔融后粘在一起，颗粒之间未粘结在一起的孔隙形成了微孔的通道。这种方法一般用来制备孔径在0．1—101．tm的微孔材料，所制备的微孔材料的平均孔径、比表面积和机械强度与聚合物粉末的颗粒大小、孔径分布、烧结温度、压力等有关【。71。高宝芳18J采用玻璃纤维粉末与聚合物粉末混合均匀装入模具在一定温度下烧结，经冷却、脱膜，发明了一种PE玻璃纤维微孔烧结管，经过验证得出，这种微孔烧结管过滤性能较好，机械强度比之前有所提高，价格低廉，再生环保。蒋炳炎等【9】针对用

6、聚合物成型制备微孔材料的难点，分析了此方法的成型机理，并对上述方法进行优化，得出温度是此方法的关键所在，研究了超高分子量聚乙烯(Ultra—highMolecularWeightPolyethylene，UHMWPE)微孔材料的模具构造，主要设计了模具加热系统以及其它各部件，确定了其工作尺寸，试验结果表明，该模具符合采用烧结法制备此类UHMWPE微孔材料的标准。李常峰等【10】利用此方法制备UHMWPE多孔材料，试验首先通过热性能分析与拉伸试验来确定制备该多孔材料的烧结温度范围，通过扫描电镜观测了采

7、用不同粒度的原料制各多孔材料的微观结构。试验结果得出：143．149℃是制备该多孔材料最合理的温度范围，经过烧结成型所得多孔材料是粘结成一体具有一定机械强度的材料，材料内部包含大量微孔孔道，其中大部分孔道能够互相连通，孔道大小与原料粒度密切相关。侯文谭等IllJ根据UHMWPE独特的优点，选用该原料制备出UHMWPE塑烧板基板，并且考察了成型压力和烧结温度对材料成型的影响。试验中对试样的微观形貌进行表征分析，通过检测试样性能，得出该试样符合使用要求，试验结果表明：制品的成型压力应小于6MPa，一般烧

8、结30min左右。粉末烧结法是目前粉末成型制备以UHMWPE为基体的微孔材料的重要方法之一，因为这种方法的成型工艺与操作流程比较简单，适用于热塑性塑料和流动性较差无法熔融加工的塑料，克服了制备过程中对原料的限制，但由于其牛产的／1i连续性，成型过程，山东科技大学硕士学位论文绪论比较长，工业化程度低，因此限制了其发展。1．2．2模板一滤取法模板一滤取法制各多孔材料的过程是物理过程，其成型原理是将聚合物与无机填料高温条件下熔融混合加工成型，然后用萃取剂除去无机填料，最终制