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丙烯/1-丁烯共聚物发泡材料的制备及性能研究

赵悦  
【摘要】:本文对丙烯/1-丁烯共聚物(PPB)的相关发泡材料进行了制备及相应的性能研究。以超临界CO_2为物理发泡剂,采用间歇釜式发泡法制备了PPB发泡材料,探究了材料自身结构性能和外界工艺条件对发泡材料微观泡孔结构和材料发泡性能的影响,研究了这种发泡材料的作为缓冲吸能材料的可行性。为了弥补PPB发泡材料作为缓冲吸能材料应用时耐反复压缩性能上的不足,将PPB为塑料相与EPDM共混,经辐照交联,制备了一种热塑性硫化橡胶(TPV),并制备了相关的发泡材料,研究了共混比例和辐照剂量对TPV及其发泡材料相关性能的影响。最后,本文在PPB发泡材料的功能性应用上进行了相关探究,制备了一种SiO_2气凝胶/PPB复合发泡材料,研究了以其切断面作为疏水表面的可能性以及探讨了该表面相关的应用。不同1-丁烯含量的丙烯/1-丁烯共聚物相比较,1-丁烯含量高的PPB,在力学性能上有更高的抗冲击强度和韧性,在热性能上有更低的熔点、更小的结晶度和更宽的熔程,更有利于制备成为发泡材料。在PPB发泡的工艺条件上,发泡时的饱和温度和压力的增加都会在一定程度上提升泡孔尺寸、增加发泡倍率。超过一定温度,制品倍率继续增大,同时会发生收缩情况。温度过高会导致材料的熔体强度过低,对CO_2的包覆能力下降而导致倍率降低和制品形状不可控。PPB发泡材料可以作为缓冲吸能材料应用于防撞包装领域,其吸能效果与密度和PPB中的1-丁烯含量有关。低密度、高1-丁烯含量的PPB发泡材料吸能效果更好,但许用应力较低;高密度、低1-丁烯含量的PPB发泡材料则相反。所以当PPB发泡材料作为缓冲吸能材料实际应用时,宜根据使用环境的外力作用大小,选用合适的密度和适当的1-丁烯含量。PPB和EPDM共混材料经过辐射交联制备成为了一种TPV材料。受到交联作用大的EPDM作为橡胶相提供了TPV材料的回弹性,而受到交联作用小的PPB作为塑料相提供了TPV材料的拉伸性能和重复加工性能。将该TPV材料制备成为发泡材料,发现TPV中PPB含量越高,泡孔尺寸越大、发泡倍率越高,发泡材料压缩过程的能量损失越大。适当的交联可以提高发泡时TPV材料的熔体强度,从而提高发泡材料的泡孔尺寸和发泡倍率。但是过度的交联会增加泡孔生长过程的阻力,降低TPV发泡材料的泡孔尺寸和发泡倍率。TPV中EPDM含量越高,TPV材料的滞后损失变化量越少。所以在该TPV发泡材料的组成体系中,PPB组分提供了制备时的发泡性能和能量吸收特性(良好的缓冲吸能效果),而交联的EPDM组分提供了良好的回弹性和耐反复压缩性能(作为缓冲材料使用的可靠性)。这种TPV发泡材料可以用作耐反复压缩的缓冲包装材料,在实际使用过程中可以根据使用环境中对缓冲效果和材料使用耐久性的需求合理选择合适的橡塑共混比例。将PPB作为基体材料与SiO_2气凝胶复合,对该复合材料进行微孔发泡,利用发泡材料的切断面的特殊结构,作为功能性疏水材料的表面。SiO_2气凝胶组分以降低泡孔尺寸和提高泡孔壁纳米颗粒的数量两种方式来同时提高发泡材料切断面在微米级和纳米级别粗糙程度。随着SiO_2气凝胶含量的增加,发泡材料切断面的疏水性能显著增加。控制工艺和SiO_2气凝胶含量,甚至可以得到近似超疏水的表面结构。但是当SiO_2气凝胶含量超过40phr时材料几乎不发泡,切断面不再具备微米级粗糙结构,从而丧失疏水性。另外,SiO_2气凝胶含量的增加,可以降低复合后材料对热的敏感性,提高材料的热稳定性能,扩大最终制品的应用温度范围。该材料可以一定程度上解决疏水表面的耐久性问题,疏水表面的疏水性能会随着使用时间的增加而下降,只需要切掉旧表面层材料,即可获得新的疏水表面,且与自剥落式的疏水涂层材料相比,可重复性更强。


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