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《华东理工大学》 2017年
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超临界CO_2间歇发泡制备聚砜微孔材料研究

顾勇  
【摘要】:聚砜(PSU)和聚苯砜(PPSU)均是耐高温特种工程塑料,具有良好的机械性能、耐化学性能和阻燃性能,但高昂的价格限制了其应用,以超临界CO_2为发泡剂制备其轻量化的泡沫材料不但可以减少应用成本,而且是绿色制造过程。首先采用升温发泡法制备了微米级和纳米级泡孔结构的PPSU泡沫,进行了机械性能的对比。结果表明,在饱和温度为40℃、饱和压力为8-25MPa、发泡温度为160℃-220℃的范围内可以实现PPSU泡沫孔径在200nm~(-2)μm、泡孔密度在10~(11)-10~(13)cell/cm~3、发泡倍率在1.10-2.45范围的可控制备。对发泡密度同为0.6g/Cm~3的具有不同泡孔大小的发泡样品进行了力学性能测试,发现拉伸强度和压缩强度均随着泡孔尺寸的减小显著提升,平均孔径为206nm发泡样品的压缩和拉伸强度比平均孔径为1920nm的分别增加了256.1%和 106.1%。然后,采用降压发泡法分别制备PPSU和PSU微孔泡沫。利用质量分析法研究高温下CO_2在PPSU和PSU中的溶解行为,发现CO_2在PSU中的溶解度比在PPSU中的高。PPSU和PSU的可发泡温度区间分别为200℃-260℃和180℃-240℃;较高的发泡压力和较高的降压速率均有利于制备较小孔径、较大孔密度的PPSU和PSU泡沫;随着发泡温度的升高,发泡倍率存在最大值。制备的PPSU泡沫和PSU泡沫孔径在2-14μm之间,泡孔密度在10~9-10~(10)cell/cm~3之间,发泡倍率在1.10-3.30之间。最后,采用乙醇、水、丙酮、乙酸乙酯四种溶剂作为共发泡剂提高PPSU和PSU微孔泡沫的发泡倍率。结果表明,四种溶剂对发泡倍率的提升效果强弱为:乙醇水丙酮≈乙酸乙酯,并且共发泡剂的加入拓宽了可发泡温度区间,在乙醇加入量为10%(按CO_2质量计)时,PPSU最大发泡倍率提高至5.02,PSU提高至6.54;PPSU最低发泡温度降至150℃,PSU降至110℃。
【关键词】:聚砜 超临界CO_2 微孔材料 力学性能 共发泡剂
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ328
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-9
  • 第1章 前言9-11
  • 1.1 研究背景9-10
  • 1.2 研究内容10-11
  • 第2章 文献综述11-26
  • 2.1 超临界CO_2发泡技术11-17
  • 2.1.1 超临界CO_2发泡原理和过程11-12
  • 2.1.2 超临界CO_2发泡方法12-15
  • 2.1.3 气泡的成核15-16
  • 2.1.4 气泡的生长16-17
  • 2.2 超临界CO_2与聚合物的相互作用17-21
  • 2.2.1 超临界CO_2在聚合物中的溶解和扩散17-19
  • 2.2.2 超临界CO_2对聚合物玻璃化转变温度的影响19-20
  • 2.2.3 超临界CO_2对聚合物粘度和界面张力的影响20-21
  • 2.3 耐高温微孔发泡材料的研究进展21-23
  • 2.3.1 耐高温微孔发泡材料的制备21-22
  • 2.3.2 耐高温微孔发泡材料的性能22-23
  • 2.4 共发泡剂在聚合物发泡中的应用23-25
  • 2.5 小结25-26
  • 第3章 升温发泡法制备聚苯砜泡沫26-37
  • 3.1 前言26
  • 3.2 实验部分26-29
  • 3.2.1 原料和设备26-27
  • 3.2.2 实验过程27
  • 3.2.3 分析测试27-29
  • 3.3 结果分析和讨论29-36
  • 3.3.1 溶解度和扩散系数29-30
  • 3.3.2 发泡时间对泡孔形貌的影响30-31
  • 3.3.3 发泡温度对泡孔形貌的影响31-33
  • 3.3.4 饱和压力对泡孔形貌的影响33-34
  • 3.3.5 不同泡孔尺寸泡沫材料的力学性能34-36
  • 3.4 小结36-37
  • 第4章 降压发泡法制备聚砜和聚苯砜泡沫37-49
  • 4.1 前言37
  • 4.2 实验部分37-39
  • 4.2.1 原料和设备37-38
  • 4.2.2 实验过程38
  • 4.2.3 分析测试38-39
  • 4.3 结果分析和讨论39-48
  • 4.3.1 饱和时间的确定39
  • 4.3.2 溶解性能39-40
  • 4.3.3 流变性能40-41
  • 4.3.4 发泡温度对泡孔形貌的影响41-44
  • 4.3.5 饱和压力对泡孔形貌的影响44-46
  • 4.3.6 降压速率对泡孔形貌的影响46-47
  • 4.3.7 升温法与降压法制得泡沫材料的比较47-48
  • 4.4 小结48-49
  • 第5章 降压发泡制备微孔聚砜和聚苯砜过程中共发泡剂的作用49-57
  • 5.1 前言49
  • 5.2 实验部分49-50
  • 5.2.1 原料和设备49
  • 5.2.2 实验过程49-50
  • 5.2.3 分析测试50
  • 5.3 结果分析和讨论50-56
  • 5.3.1 共发泡剂在PPSU和PSU中的溶解量50
  • 5.3.2 发泡温度对发泡结果的影响50-54
  • 5.3.3 共发泡剂含量对发泡结果的影响54-56
  • 5.4 小结56-57
  • 第6章 总结与展望57-59
  • 6.1 全文总结57-58
  • 6.2 展望58-59
  • 参考文献59-66
  • 致谢66-67
  • 攻读硕士期间的研究成果67

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