超临界二氧化碳辅助受限发泡调控薄层聚丙烯孔洞结构及其在压电材料中的应用

摘要

聚丙烯(PP)发泡材料具有优异的性能，但是作为半结晶聚合物，由于聚合物基体内结晶区域的限制，导致发泡过程中温度操作窗口窄，所以制备具有理想泡孔的发泡材料非常困难。发泡材料的性能与泡孔形态密切相关，取向的泡孔结构可以丰富发泡材料的性能，所以改善PP的发泡性能以及控制PP的泡孔形态是拓宽PP发泡材料应用领域的必要条件。
　　本文立足于制备具有取向孔洞的PP发泡材料，根据PP在二氧化碳(CO2)气氛下的结晶特征，设计了一种新型的发泡策略。在CO2气氛下，利用非等温结晶方式诱导生成具有高熔点的完善结晶，高熔点的结晶可以支持PP的熔体强度，改善PP的发泡性能，再利用受限发泡的方法使得PP发泡材料取得高度取向的泡孔结构。将具有取向孔洞的PP发泡材料制备成压电驻极体，并探讨了PP压电驻极体的压电性能和电荷稳定性的影响因素。
　　通过调控发泡条件比较线性聚丙烯(iPP)与长支链聚丙烯(LCBPP)的受限发泡行为，对于LCBPP，小厚度样品(h=0.1 mm，0.3 mm)中的气体扩散至外界速度快，难以形成泡孔质量优异的发泡材料，厚度较大的样品(h=0.5 mm，1.0mm)可通过控制条件得到均匀分布的取向泡孔结构。但是iPP未能像LCBPP一样得到分布均匀的取向泡孔结构。在受限发泡过程中，取向孔洞的形成与样品的发泡倍率以及熔体强度相关。当体系粘度高时，不利于气泡生长，样品发泡倍率低，气泡长不大也难以变形;体系粘度降低，利于气泡生长，样品发泡倍率高，表面张力与熔体强度具有正相关关系，LCBPP更高的粘弹性使得表面张力更高，更能支持气泡的变形，所以LCBPP比iPP容易形成取向的泡孔结构。
　　利用新型发泡策略，成功制备了具有均匀取向泡孔结构的发泡材料。在CO2气氛下，非等温结晶诱导分子链堆砌成紧密的晶体，增强iPP体系的熔体强度，可以将泡孔的取向程度提高至6.6。初始的稳定温度很重要，经过一段时间稳定后，若有部分残留结晶，可以成为再次结晶的成核点，大大促进完善结晶的生成。同样地，新的发泡策略也有效地改善了LCBPP的发泡性能，使得LCBPP更容易得到高度取向的泡孔结构。
　　选择新型发泡策略下具有取向孔洞的iPP与LCBPP受限发泡样品，iPP与LCBPP发泡样品的泡孔形态相似，泡孔具有取向结构，泡孔长约100-200μm，高约20-30μm，iPP和LCBPP的压电性能(d33)可达300-400 pC/N。通过热压工艺调节样品高度，能够改善PP压电驻极体的压电性能。比较iPP和LCBPP的电荷稳定性，结果表明LCBPP具有更好的电荷稳定性。LCBPP具有长支链结构，长支链能够相互缠结，这些缠结的微观结构给电荷储存提供了更深的陷阱，提高了电荷稳定性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

第二章 文献综述

2．1．2 气泡成核理论

2．1．3 气泡生长机制

2．2 聚丙烯发泡技术及研究进展

2．2．1 聚丙烯发泡特性

2．2．2 提高聚丙烯发泡性能的方法

2．3 聚合物孔洞结构的调控及研究

2．3．1 共混诱导取向孔洞

2．3．2 受限发泡生成取向孔洞

2．4 多孔压电驻极体

2．4．1 机理

2．4．2 多孔压电驻极体研究进展

2．4．3 聚丙烯驻极体热稳定性的提高方法

2．5 课题的提出

第三章 超临界CO2辅助受限发泡调控薄层聚丙烯孔洞结构

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 受限发泡过程

3．2．3 结构表征

3．3 结果与分析

3．3．1 LCBPP与iPP热性能分析

3．3．2 LCBPP受限发泡行为分析

3．3．3 iPP受限发泡行为分析

3．3．4 两种样品不同的取向行为分析

3．4 本章小结

第四章 超临界CO2诱导线性聚丙烯结晶调控受限发泡孔洞结构

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 受限发泡过程

4．2．3 结构表征

4．3 结果与分析

4．3．1 发泡过程的设计

4．3．2 超临界CO2诱导iPP非等温结晶调控受限发泡孔洞结构

4．3．3 超临界CO2诱导LCBPP非等温结晶调控受限发泡孔洞结构

4．4 本章小结

第五章 受限发泡法制备多孔聚丙烯压电驻极体

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料

5．2．2 样品制备过程

5．2．3 极化充电过程

5．2．4 结构性能表征

5．3 结果与分析

5．3．1 受限发泡多孔聚丙烯驻极体的压电特性

5．3．2 热压调控多孔聚丙烯驻极体的压电特性

5．3．3 iPP和LCBPP压电孔洞膜的电荷稳定性

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历