界面对聚醚酰亚胺微孔注射成型发泡的影响研究

摘要

微孔材料具有较小的泡孔（微米量级）尺寸，较大的泡孔密度，相对于传统发泡材料具有良好的绝热、隔音、轻质、高力学性能和小尺寸稳定性等特点，在航空、汽车、电子和国防方面有重要的应用价值。
　　聚醚酰亚胺(PEI)有较高的力学强度、低发烟度、耐辐照、耐低温和耐磨等优越性能。微孔注射成型发泡能够将PEI优良的性质与微孔材料的诸多优点结合起来，推进其广泛的应用。本工作主要研究(1)PEI的超临界流体(N2)微孔注射成型的发泡特征;(2)PEI与滑石粉、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、尼龙66(PA66)等组成的复合物界面对发泡行为的影响;(3)塑化行程、气体含量和注射速度等重要工艺参数对PEI及PEI/PP共混物发泡的影响;(4)PEI与PP接枝马来酸酐(PPMA)共混物的发泡行为。
　　一定工艺条件下，PEI具有较低的成核密度，原因是同相成核能力低，限制了泡孔密度的提高。针对此缺点，在PEI中添加滑石粉作为异相成核剂后，成核密度有了明显提高，说明增加成核能力能够获得高密度的泡沫材料，但成核剂在基体中分散不均匀，容易团聚，使泡孔分布也不均匀。
　　当PEI基体中添加一定PP分散相后，借助混合时的强烈剪切作用，PP会以微小的球状形态分散于基体中，而且分散相的大小和分布都可以由混合时的工艺条件调控，给成核位点的分布提供了更加灵活的调控。通过PEI/PC、PEI/PA66与PEI/PP的界面特点比较，PP与PEI的共混获得了较好的发泡效果，得益于PP与PEI较大的界面张力。PP与PEI的界面提供了大量的异相成核点，具有更低的成核能垒，能增加泡孔的成核能力。同时PP的表面张力比PEI小很多，气泡有利于在PP相中成核，降低了PEI基体的成核阻力。
　　研究表明，工艺参数对泡孔形貌产生了很大的影响。塑化行程大小直接决定减重大小，减重对泡孔形貌产生直接影响。(1)减重在8wt％与20wt％间均获得了较好的泡孔形貌，减重对PEI/PP和PEI具有不同的影响，对PEI/PP泡孔密度影响更显著;(2)N2在PEI/PP中的溶解度比PEI大，获得了较大的泡孔密度;(3)增加熔体注射速度对提高PEI泡孔密度效果比PEI/PP明显。这些现象表明PEI/PP具有更高的成核能力，PP添加到PEI基体后，转变了PEI的成核生长模式，由单一的均相成核生长转变为“气体存储-异相成核-气体快速释放-泡孔形成”的更优模式。
　　为进一步提高PP的分数性，获得更多界面，提高泡孔密度，在体系中加入了PPMA。利用PPMA与PEI更强的分子作用力，PPMA在PEI中的分散粒径更小。随着PPMA含量的增加，共混物的界面连贯在了一起，气体在界面处成核和扩散都变得更容易，使得熔体中的气体能迅速析出，增加了泡孔生长速度，降低了泄压时间，增加了保留在基体中的气体量。PPMA的添加获得了较高的泡孔密度和较小的泡孔尺寸。研究表明界面对于PEI微孔注射成型发泡中的成核环节和生长环节都具有重要的促进作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 微孔发泡的研究现状

1．1．1 微孔发泡的特点

1．1．2 微孔发泡的方法

1．1．3 微孔发泡的条件

1．1．4 微孔发泡的成核原理

1．2 共混物微孔发泡的研究现状

1．2．1 不相容共混物的发泡

1．2．2 相溶共混物的微孔发泡

1．2．3 成核剂促进异相成核

1．3 气体溶解度对发泡的影响

1．3．1 提高气体溶解度对成核的促进

1．3．2 聚合物溶解度差异对泡孔的影响

1．4 熔体强度对微孔发泡的影响

1．5 结晶性聚合物的微孔发泡

1．5．1 结晶对异相成核的促进

1．5．2 降低结晶度对微孔发泡的影响

1．6 小尺寸微孔在共混物中的获得

1．7 共混物界面对微孔发泡的影响

1．7．1 界面促进结晶

1．7．2 界面异相成核

1．7．3 气体从界面逃出基体

1．8 本文的研究意义及内容

1．8．1 本文的研究意义

1．8．2 本文的研究内容

1．8．3 本研究的创新之处

第二章 实验和微孔注射成型工艺流程

2．1 实验仪器及原料

2．2 实验步骤

2．3 工艺流程

2．4 实验注意事项

2．5 本章小结

第三章 界面对PEI微孔发泡的影响

3．1 PEI的微孔注射成型发泡

3．2 PEI／滑石粉共混物的微孔注射成型发泡

3．2．1 PEI／滑石粉泡孔形貌和异相成核作用

3．2．2．滑石粉对泡孔分布的影响

3．3 PEI与PP共混物的微孔注射成型发泡

3．3．1 PP在PEI中的分散情况

3．3．2 PEI／PP共混物的微孔发泡

3．3．3 表面张力对PEI／PP泡孔形成的影响

3．4 PEI／PC，PEI／PA66的微孔发泡

3．4．1 PEI／PC，PEI／PA66的界面性质

3．4．2 界面对PEI／PP，PEI／PC，PEI／PA66泡孔的影响

3．5 本章小结

第四章 不同工艺条件下的PEI／PP微孔发泡

4．1 塑化行程对泡孔形貌的影响

4．1．1 塑化行程对减重的影响

4．1．2 塑化行程对泡孔尺寸的影响

4．1．3 塑化行程对泡孔密度的影响

4．2 生长约束力对泡孔形貌的影响

4．3 泡孔尺寸与泡孔密度的关系

4．4 气体含量对泡孔形貌的影响

4．4．1 气体注入过程与塑化行程的联系

4．4．2 注射时间对泡孔形貌的影响

4．4．3 气体注入速率对泡孔形貌的影响

4．4．4 气体含量对PEI泡孔形貌的影响

4．5 熔体注射速度对泡孔密度的影响

4．6 工艺参数对泡孔形貌影响的原因

4．7 本章小结

第五章 PEI／PPMA共混物的发泡研究

5．1 PEI与PPMA的相互作用力

5．2 PPMA在PEI中的分散形貌

5．3 PEI／PPMA的微孔发泡形貌

5．4 界面贯穿结构对泡孔生长的影响

5．5 本章小结

第六章 结论

硕士期间论文

致谢

参考文献