短碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备及发泡性能研究(2)
微孔聚合物材料虽然具有诸多优异的性能，比如具有较高的冲击强度、韧性、热稳定性，同时导热系数及介电系数较低等[3-4]。但其制备往往要求苛刻的条件，例如高的压力、高的卸压速率等。因此近年来超临界流体制备技术逐渐取代了常规的发泡方法，在制备微孔聚合物中得到了广泛的应用。在微孔聚合物制备中使用超临界流体具有以下优点：(1) 传质系数高,可在较短的时间内达到平衡浓度,因而缩短了加工时间,使微孔聚合物制备的工业应用成为可能。(2) 在相同温度下,使用超临界流体可达到更高的平衡浓度,因而可得到更高的泡孔密度和更小的泡孔直径。因此，近年来人们一直致力于将超临界流体（SCF）用于生产微孔聚合物泡沫塑料。
超临界CO2具有相对温和的临界条件（TC=31.1℃，PC=7.37MPa），同时，CO2和聚合物之间存在的特殊的分子间相互作用能够增加CO2在聚合物中的溶解度。根据经
表1 几种物质的临界参数[5]
物质 临界温度TC/℃ 临界压力PC/MPa
二氧化碳 31.1 7.37
乙烷 32.3 4.88
乙烯 9.3 5.04
氮 -147.0 3.39
氨 132.5 11.28
笨 288.9 4.89
环己烷 280.3 4.07
水 374.2 22.05
典成核理论，CO2含量的增加能够降低成核过程中的能量势垒，从而增加发泡过程的成核率。由于具有上述优点，且成本低、易于制取，超临界CO2近些年被广泛应用于微孔聚合物的制备过程中[6-7]。
聚丙烯泡沫塑料不仅质量轻，刚性好，形变回复率高，原料来源丰富，而且还具有优良的耐热性、绝缘性、耐化学药品性以及可降解回收性等优良性能，其产品不仅可用于食品、化妆品、电子产品的包装材料，还可用于汽车的内饰件，隔音、隔热件，用途非常广泛[8]。但是，线型PP是一种典型的低熔体强度的半晶聚合物,在发泡过程中会发生严重的泡壁破裂,导致极差的泡孔结构[9]。虽然通过仔细控制尽可能低的加工温度和选择较低熔体指数的聚合物可以提高线性PP的熔体强度,改善发泡材料的泡孔形态,但窄的加工温度窗口和聚合物的选择范围限制了这种方法的有效使用。为了改善PP的发泡性能, 一般采用二种方法[10]: （1）共混改性；（2）采用高熔体强度PP。
在聚合物中加入另一聚合物进行共混，可以改善其微孔发泡行为。Doroudiani等[11]研究发现将HDPE与PP进行共混后发泡，其共混物的发泡能力比这两种单一组分的发泡能力有明显改善。同样，Rachtanapun等[12]也发现HDPE与PP进行共混改性以后，可缩短发泡时间，降低材料的发泡温度。国内翟文涛等[13]也对这方面进行了研究，他们将PP与PS进行共混后发泡，发现采用接枝物作为相容剂时，对发泡材料的泡孔形貌改善较明显，并且能显著提高材料的发泡倍率。
黄汉雄[14]等选择了一种熔体强度较高的PP/HDPE共混体系作为研究对象,并加入纳米碳酸钙(nano-CaCO3 )或纳米蒙脱土(nano-MMT),研究了纳米粒子的类型和含量对泡孔结构的影响。结果显示：在PP中加入HDPE能有效改善泡孔形态,而在PP/HDPE共混物中加入纳米粒子可进一步改善其泡孔形态。加入纳米粒子可使发泡PP/ HDPE共混物泡孔的直径减小、密度提高,并使泡孔分布更加均匀,但含量超过一定值时,泡孔直径反而会变大。
普通PP由于缺乏长支链结构,熔体强度较低,难以进行发泡加工,采用共混改性方法能提高体系的发泡性能。例如将PP与具有支化结构的LDPE共混获得利于发泡加工的原料[15] 。聚丁烯与PP的混合物制得的非交联泡沫塑料,有优异的热稳定性,密封能力和抗热蠕变性,可用于药瓶或饮料瓶的瓶盖内衬等需高温(100e)灭菌的场合[16]。
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