具有納米粒子取向的聚合物復(fù)合材料發(fā)泡研究.pdf

1、聚合物發(fā)泡材料因其質(zhì)輕、回彈性和緩沖性能好的優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到汽車、航空、包裝和建筑等領(lǐng)域。而發(fā)泡材料的某些性質(zhì)往往需要添加納米粒子來實(shí)現(xiàn)，而添加納米粒子又能對聚合物的發(fā)泡能起到良好的異相成核作用，在發(fā)泡中能產(chǎn)生更多的成核點(diǎn)，從而形成更大的泡孔密度以及更小的泡孔尺寸，同時納米粒子不同的分散形態(tài)對泡孔結(jié)構(gòu)乃至聚合物的性能也會產(chǎn)生巨大影響。
　　本文著重考察納米粒子的分散以及取向分散對聚合物發(fā)泡性能的影響，選用熱塑性聚氨酯(TPU)

2、作為聚合物基體，分別以石墨烯(G)和碳納米管(MWNT)為納米填料，制備聚合物納米復(fù)合材料，并對復(fù)合材料進(jìn)行超臨界二氧化碳發(fā)泡研究，主要開展以下幾個方面的工作：
　　采用溶液和熔融共混的方法，分別制備不同含量的TPU/G、TPU/MWNT納米復(fù)合材料，通過不同的機(jī)械牽引速度制成200μm～500μm的復(fù)合纖維，并對復(fù)合纖維進(jìn)行超臨界二氧化碳發(fā)泡。利用TEM對復(fù)合纖維中納米粒子的分散性進(jìn)行表征，研究結(jié)果表明兩種納米填料都能夠均勻分散

3、在 TPU基體中，體現(xiàn)出良好的分散形態(tài)和界面相容性。對發(fā)泡纖維的斷面進(jìn)行SEM的掃描，探究纖維發(fā)泡的泡孔結(jié)構(gòu)、泡孔尺寸與密度。結(jié)果表明石墨烯的引入能夠大大增加細(xì)纖維(200μm)的可發(fā)性，發(fā)泡范圍顯著增大；隨著纖維直徑的增加，對于直徑500μm的纖維，石墨烯的引入有效地降低泡孔尺寸，提高泡孔密度，當(dāng)引入5wt％的石墨烯時，泡孔尺寸由3.8μm減小到2.0μm，泡孔密度由4.93×109cells/cm3增加到2.42×1010cells

4、/cm3，同時也探究了不同溫度與壓力對聚合物發(fā)泡性能的影響。
　　鑒于機(jī)械牽引紡纖過程中只能導(dǎo)致納米粒子沿拉力的方向部分取向，為進(jìn)一步探究納米粒子的取向分散對聚合物發(fā)泡性能的影響，本文又利用壓力誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)納米粒子的取向。采用不同含量的TPU/G、TPU/MWNT納米復(fù)合材料，通過壓力誘導(dǎo)成型實(shí)現(xiàn)其不同壓縮比，探究了不同壓縮比下，粒子取向度的不同對聚合物發(fā)泡行為的影響。研究表明，不同的壓縮比對純TPU的泡孔尺寸與密度影響不大；對于TP

5、U復(fù)合材料，更大的壓縮比能夠使納米粒子在聚合物中分散堆砌的更加緊密，且使聚合物的熔體強(qiáng)度提高，隨著壓縮比增大，產(chǎn)生的泡孔變小，當(dāng)添加5wt%含量的納米粒子時，壓縮比達(dá)到1:4時泡孔大小降幅達(dá)到最大，由1.86μm降到1.43μm。
　　此外，本文也對TPU復(fù)合材料的300%應(yīng)變下進(jìn)行拉伸應(yīng)力分析，結(jié)果表明引入納米粒子后，TPU的拉伸應(yīng)力由33MPa增加到47.5MPa，拉伸應(yīng)力提高43.9%，當(dāng)納米填料的含量達(dá)到3wt%的效果最佳