短碳纤维增强聚丙烯复合材料的制备及发泡性能研究(4)
2．3 CO2溶解度测定方法
气体在聚合物中的扩散遵循Fick扩散定律。运用Fick扩散第二定律，可对CO2吸附实验数据进行分析。
( 2.1)
对上式进行求解，得到聚合物中气体溶解量的估算公式如下：
（2.2）
式（2.1），（2.2）中：Mt为时间t时吸附的CO2的量q。 。m0为样品的初始质量；md为解吸附过程中测得的样品质量； 为CO2的饱和吸附量；L为样品厚度；D为扩散系数；C为气体的浓度；t为如果公式（2.2）表示聚合物中气体的吸附过程，则t代表吸附的时间，用ts来表示；反之如果公式（2.2）表示聚合物中气体的解吸附过程，则t用吸附时间，t代表解吸附时间，用td表示。
如果吸附时间足够长，几乎达到饱和平衡，则可近似采用公式（2.3）
（2.3）
对公式（2.3）进行移项变形，得：
（2.4）
可见公式（2.4）， 与时间t成线性关系。利用外推法到td=0，即可得到Mt，即为解吸附开始时和吸附结束时CO2的吸附总量。从其线性图的斜率和样品厚度尺寸运用公式（2.4）即可得到扩散系数。但是实验数据的线性关系不好，主要是因为运算中用到了对数关系，误差较大[19]。
如果解吸附的时间较短，可用近似公式（2.5）来代替公式（2.3）和（2.4）来描述该过程：
(2.5)
式中： 为系数（无量纲）
当 为定值时， 反比于解吸附时间td的平方根[20,21],根据公式（2.5），在解吸附的初始阶段，两者应呈线性关系。利用外推法，当td=0时，即可得到Mt，即解吸附开始时和吸附结束时CO2的吸附总量，解吸附的扩散系数Dd很容易从其线性图的斜率和样品厚度尺寸得出。
每一次解吸附所获得的数据（实验测量）都只能外推得到一个吸附点。如果在一个足够长的吸附周期内，Mt保持不变，则此时的 ，吸附达到平衡。通过公式（2.5）同样可以算出吸附作用的扩散系数。
CO2溶解度的测定主要是应用重量法。首先将不同碳纤文含量的复合材料放置于预热到饱和温度的的高压容器中。然后，用低压的CO2将容器内的空气排出，几分钟之后压力增加为饱和压力。样品在饱和条件下饱和10h，这样确保CO2能够达到吸收平衡状态。饱和时间结束后，迅速将容器内的压力减小，然后尽快将样品取出置于电子天平（ALC-110.4 德国艾科勒（ACCULAB）公司）中，记录样品随着时间变化的质量损失。根据样品解吸附阶段的直线关系外推至解吸附开始阶段可以得到复合材料在高压容器中CO2的吸附量。
2．4 超临界发泡的基本过程
翟文涛等[22]对应用超临界流体技术制备微孔聚合物的基本过程总结如图2.1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/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；
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