超临界CO2发泡聚甲基丙烯酸甲酯(3)

菜单

与其它聚合物相比，聚甲基丙烯酸甲酯更易同ScCO2作用，被ScCO2溶胀和塑化；并且PMMA具有羰基，CO2的吸附量也大得多，因此发泡温度范围宽，室温附近就可以发泡，其发泡制品也容易观察和表征。

本次实验采用聚甲基丙烯酸甲酯作为实验材料。通过研究不同工艺条件下在ScCO2中发泡PMMA得到的微孔材料的特性，为PMMA及其共混物微孔材料的制备提供指导[5]。

1.4 微孔塑料的应用

微孔发泡塑料的提出是为了满足工业上降低某些塑料产品的成本而不降低其力学性能的要求。其主要设计思想在于：当泡沫塑料中材料内部的裂纹大于泡孔尺寸时，泡孔的存在将不会降低材料的机械性能；而且，微孔的存在将使材料原本存在的裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力作用下的扩展，使材料的性能得到提高[6] 。微孔发泡塑料的孔径极小且分布均匀，能够使高聚物中的微隙圆孔化，实际上泡孔起到了一种类似橡胶增韧塑料的作用，即起到应力集中作用，诱发了多重银纹的产生。银纹引发剪切带，剪切带又终止了银纹，阻止其扩散成裂纹，这两种损伤基质的相互作用能大幅度增强增韧塑料，因而微孔发泡塑料达到了既提高材料的性能又降低其成本的双重效果。论文网

与未发泡材料相比，微孔塑料具有优越的综合性能，能减轻重量，降低材料消耗，其疲劳寿命可延长5倍，断裂韧性可提高近4倍，冲击强度可提高6~7倍，比强度可提高3~5倍，吸收能量可增加5~7倍，且具有良好的热稳定性、较低的导热系数和介电常数等[7]。因此，优良的微孔材料既可以用做隔热、过滤、包装和建筑材料，也可以用作日用品和工程结构材料。微孔发泡塑料是近十年来世界塑料工业研究的热点之一，其用途十分广泛，包括低成本的包装、织物用的保温纤维、质量轻且能吸收能量的运动器材、比强度要求高且具有绝热绝缘性能的飞机和汽车零部件、分离过程中用的分子级过滤器以及生物医学材料等[8-12]。而且，由于微孔塑料采用易回收、无公害的CO2、N2等惰性气体作为发泡剂，符合当前绿色环保科技的要求，因而也被称为“21世纪的新型材料”[13]。

1.5 发泡方法及原理

微孔发泡成型过程可分为三个阶段：首先是将超临界流体（主要是CO2和N2）通过渗透作用或机械混合扩散到聚合物中，并在聚合物中达到热力学平衡，形成聚合物/气体的均相体系；然后，通过改变温度或压力等工艺条件引发体系的热力学不稳定性，使气体在聚合物中的溶解度下降，此时体系内气体是过饱和状态的，由于气体平衡浓度降低，聚合物基体中形成大量的气泡核；过饱和气体在聚合物基体内扩散，不断进入气核，使气核生长，直到气体最终压力等于聚合物的应力和泡孔表面张力时停止生长，形成固定的泡孔。其示意图如图1-1所示。

超临界CO2发泡微孔塑料的过程示意图