间歇式超临界流体微孔发泡的成核机理研究.pdf

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1、刘涛，等：间歇式超临界流体微孔发泡的成核机理研究5间歇式超临界流体微孔发泡的成核机理研究刘涛罗世凯余雪江王宪忠(中国工程物理研究院化工材料研究所，绵阳621900)摘要采用间歇式超临界流体微孔发泡技术制备出一系列的聚碳酸酯(PC)微孔泡沫塑料，通过扫描电子显微镜研究了间歇式超临界流体微孔发泡的成核机理。结果表明，间歇式超临界流体微孔发泡其泡核的成核位置是由外部开始，逐渐向内部扩散，最终形成了微孔泡沫塑料，这与传统发泡其泡核初始位置存在明显的不同。同时，在间歇式超临界流体微孔发泡过程中，Pc微孔泡沫塑料的结构由初期的多层结构转变为最终的层芯结构。关键词超临界流体聚碳酸酯微

2、孔泡沫塑料成核结构泡沫塑料因其基体内含有大量气泡，从而具有质轻、省料、隔热、吸收冲击载荷等特性，被广泛应用于包装、建筑、运输等领域HJ。近2O年来，国内外泡沫塑料工业发展迅速，应用面越来越广，泡沫塑料新品种和新的成型方法也在不断地出现M。自20世纪80年代中期以来，人们对微孔泡沫塑料日益感兴趣。微孔泡沫塑料的泡孔孔径为0．1—，10Ixm，并且泡孔密度相对较大，约为1X10一1X101一C02储气罐；2-气阀；3-高压釜；4-压力容器；5-温控装置-~／em。微孔泡沫塑料因其自身的独特结构，其表忝啊图1超临界微孔发泡装置图现出优异的综合性能。％l1．3试样制备微孔泡沫塑

3、料的研究在国外得到了很大的发利用注塑机将粒状Pc注塑成尺寸为50mmX展，以美国麻省理工大学N．P．Suh为首的学者自2013mmX2mm的标准试样，然后采用分步快速升温世纪80年代初便致力于微孔泡沫塑料的研究，部分法制备PC微孔泡沫塑料：将试样放入超临界微孔研究成果申请了专利。发泡装置的高压釜内，把高压釜的温度降至5~C左国内研究则是近几年才刚刚起步，其研究主要右，然后将CO注入釜内，使CO沉积一定量后开始集中在微孔泡沫塑料的制备方面，而在微孔发泡成升温至80℃，温度恒定后，将釜内压力控制在9．00核及泡孔控制方面的研究较少。笔者采用超临界流MPa，使试样被超临界CO

4、(温度高于31．05~C，压力体微孑L发泡技术制备聚碳酸酯(PC)微孔泡沫塑料，大于7．38MPa)完全饱和。笔者设定的实验时间为通过PC微孔泡沫塑料发泡过程控制手段、扫描电48h，以使试样充分饱和，然后在尽可能短时间内迅子显微镜(SEM)测试方法探索了间歇式超临界流速卸压，使高压釜内压力降为常压，取出试样。在开体微孔发泡成核机理。始卸压前，将油浴(硅油)温度升温至一定值，维持1实验部分恒温。从高压釜内取出试样迅速放人油浴中，发泡1．1主要原材料一定时间后从油浴中取出，洗净其表面油污得到PCPC：201—15型，韩国LGDowPC有限公司；微孔泡沫塑料试样。CO气体：纯

5、度大于等于99,995％，四川天一科1．4性能测试技股份有限公司。PC微孔泡沫塑料横截面观察：将不同发泡时间1．2主要仪器、设备的PC微孔发泡试样用美工刀取其横截面，观察发超临界微孑L发泡装置：装置示意图见图1，自泡区域和未发泡区域位置；制；SEM观察：将发泡试样在液氮中脆断，并在断注塑机：SM55EJ型，台湾亚塑机械股份有限公口表面喷金，用SEM观察断口形貌。司；SEM：KYKY2800型，北京科学仪器公司。收稿日期：2010一O1-166工程塑料应用2010年，第38卷，第4期2结果与讨论其原因可能是与间歇式超临界流体微孔发泡方法有2．1间歇式超临界流体微孔发泡对P

6、C基体的影关，间歇式超临界流体微孑L发泡的原理是利用热力响学不稳定性产生高成核速率。当发泡温度与试样相图2为PC塑料发泡前后试样的对比图。差越大，越有利于热力学不稳定性，从而有利于产生高的成核速率，即生成微孔发泡区域。将固态PC／ABCO均相体系放入恒温油浴时，距PC表面越近的区域越先形成温差，从而产生了热力学不饱和状态，导致PC外部首先出现发泡区域。随发泡时间的延长，通过热传递作用，PC内部也逐步形成热力学不饱和状态，因而发泡区域向内部扩展，最终得到完整．的PC微孔泡沫塑料。图4为间歇式超临界流体微孔发泡与传统发泡初始泡核生成区域对比示意图。一一(b)a—I司歇式微孔

7、发泡；b传统发泡图4间歇式超临界流体微孑L发泡与传统发泡初始泡核生成区域对比示意图通过对图3所示不同发泡时间的：PC微孔发泡试样横截面的观察发现，间歇式超临界流体微孔发泡与传统的发泡初始成核位置存在明显不同。由图■I一4可知，间歇式超临界流体微孔发泡初始泡核出现的位置在Pc基体的外部，传统的发泡初始泡核则、是同时出现在基体的各个位置。2．3间歇式超临界流体PC微孔泡沫塑料的结构图5为间歇式超临界流体PC微孔泡沫塑料断一■_面的SEM照片。一(d)黻图5间歇式超lf缶界流体PC微孔泡沫塑料断面的SEM照片(e)由图5可知，距离PC微孔泡沫塑