微发泡聚合物材料的制备方法包括间歇法和连续法,王进等已作了详细的综述。两类方法的基本原理是一致的,即经超临界流体饱和的聚合物体系通过快速卸压或者快速升温进入热力学不稳定状态,从而诱导大量的气核在聚合物基体中同时形成而得到微孔结构。本人对其基本过程总结如图1 所示,可分为如下几个阶段:

1.形成聚合物/气体饱和体系在一定的温度和压力下,采用适当方法使非反应性气体(CO2 或N2 ) 溶解在聚合物中,形成均匀的聚合物P气体饱和体系。气体的溶解过程由扩散控制,与气体的饱和浓度、气体的压力以及体系的温度有关;

2.泡核形成通过压力骤降或温度骤升,使聚合物P气体饱和体系迅速成为过饱和体系,进入热力学不稳定状态。聚合物和气体的相分离在聚合物体系中引发成核。气核大于某一临界尺寸( r ) 才可能稳定存在。根据经典成核理论, r3由聚合物P气体的界面张力(γ) 和用于饱和聚合物的气体压力(ΔP) 决定;

3.泡孔增长体系内的气体扩散入泡核,使泡孔增长,体系的自由能持续降低。泡孔增长受允许增长时间、体系温度、过饱和程度、体系应力状态和黏弹性等的控制。泡孔增长往往伴随着泡孔合并以及泡壁破裂过程。泡孔合并是指由于泡孔尺寸分布的不均匀,大尺寸泡孔融合周围的小泡孔的现象。泡孔合并贯穿于泡孔增长的全过程,其产生原因是形成大尺寸泡孔有利于降低微发泡体系的不稳定状态。而当泡壁无法承受相邻泡孔增长所产生的双向拉伸作用时便发生破裂,使相邻的泡孔连在一起形成更大的泡孔。泡壁破裂一般发生在泡孔增长的后期,此时泡壁由于泡孔尺寸的增加变得很薄。文献中把上述现象统称为泡孔聚并,没有严格加以区分;

4.泡孔结构定型泡孔在增长过程中,大量的气体扩散到泡孔中或者逃逸出聚合物发泡体系,导致泡孔增长的驱动力不断降低;同时,聚合物基体的刚性逐渐提高。这两种作用均会抑制泡孔增长,使泡孔结构最终固定下来。早期的研究主要关注聚合物微发泡材料制备过程的工艺参数,如饱和温度、饱和压力、饱和时间、发泡温度、发泡时间、卸压速率等对材料泡孔形态和力学性能的影响。近几年,随着人们对聚合物微发泡实验研究和理论认识的不断深入,更多的方法被用于改善微发泡聚合物材料的泡孔形态。文章来源于网络

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