基于超临界CO2制备TPU发泡颗粒的机理及设备研究

摘要

新型TPU发泡颗粒具有密度小、回弹性高、发泡倍率大、耐磨、低温性能好等优点，可广泛应用于鞋底、缓冲垫片、实心轮胎、户外跑道、床垫及护具等领域。然而人们对TPU颗粒的发泡机理尚不明确，对TPU发泡颗粒的制备处于摸索阶段。其中利用超临界二氧化碳做为发泡剂发泡时，超临界二氧化碳在TPU中的扩散、气泡成核、长大及定型都是研究如何提高TPU发泡颗粒性能，改善发泡工艺及设备的重要基础。基于上述问题，本文对间歇式泄压升温法制备TPU发泡颗粒的机理及设备进行研究，并结合发泡机理分析各工艺条件对TPU发泡颗粒性能的影响。
　　本文对 TPU发泡过程中所经历的聚合物/气体均相体系的形成、气泡成核、气泡长大、气泡定型四个阶段进行分析。研究超临界二氧化碳在TPU中的溶解与扩散；运用均相成核、非均相成核及混合成核原理分析TPU发泡过程中的成核机理，并得到影响TPU成核的关键因素——泄压速率；通过细胞模型详细分析TPU发泡过程中气泡长大的过程；阐述了TPU发泡颗粒后期定型的重要性，同时提出快速冷却定型法与保压空气置换法两种定型方式。
　　对间歇式泄压升温发泡设备进行搭建，其中包括超临界二氧化碳渗透装置、高温水蒸汽发泡装置及后期定型装置。并对所设计的反应釜及密封圈进行有限元分析，确保其安全性及密封性。详细介绍超临界二氧化碳动态循环系统、水蒸汽加热发泡设备及后期定型设备的结构及原理。
　　利用间歇式泄压升温法成功制备TPU发泡颗粒，证明高温水蒸汽发泡的可行性。通过实验并结合发泡原理分析各工艺条件，渗透压力、渗透温度、渗透时间、泄压速率及发泡温度对TPU发泡颗粒密度、发泡倍率、收缩率及表观特性的影响，找到他们之间存在的规律。同时探索研究TPU发泡颗粒定型的方法，证明保压空气补偿法的可行性。

目录

符号说明

1.绪论

1.1课题研究的背景意义

1.2超临界二氧化碳及微孔发泡

1.3发泡方法简介

1.4热塑性聚氨酯弹性体（TPU）

1.5课题研究的国内外现状

1.6论文主要内容

2.TPU微孔发泡机理

2.1泡孔结构

2.2 TPU/CO2均相体系的形成

2.3气泡成核

2.4气泡长大

2.5气泡定型

2.6本章小结

3.间歇式微孔发泡设备的设计研究

3.1设备整体设计要求

3.2超临界二氧化碳渗透装置

3.3水蒸汽发泡加热设备

3.4保压定型设备

3.5本章小结

4.实验研究

4.1 TPU发泡颗粒的制备

4.2发泡样品的测试与表征

4.3超临界二氧化碳对TPU发泡颗粒的影响

4.4泄压速率对TPU发泡颗粒的影响

4.5加热方式对TPU发泡颗粒的影响

4.6 TPU发泡颗粒的定型方式的研究

4.7本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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