聚碳酸亚丙酯复合材料的制备及其发泡性能研究

发布时间：2017-10-03 12:08

  本文关键词：聚碳酸亚丙酯复合材料的制备及其发泡性能研究

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【摘要】：可生物降解聚合物微孔塑料以其独特的优异性能和绿色环保的优势而一直是科学界的研究热点之一,其中,聚碳酸亚丙酯(PPC)以其良好的可生物降解性和能够降低温室效应的特殊性,从科学和工业上引起广泛关注,然而PPC可加工性差的缺陷却限制了其广泛应用。为了解决上述问题,本文首先采用自行设计的一模两腔间歇发泡模具成型PPC/PTFE微孔塑料标准力学样条,以研究其超临界CO_2发泡性能和力学性能,结果表明,PTFE通过原位成纤形成纳米纤维丝并发生缠结,最终以纳米纤维物理网络的形式存在于PPC基质中,该特殊相形态使泡沫样品的泡孔直径减小至2.29μm,泡孔密度提升10倍以上;力学性能测试结果表明,PPC/PTFE泡沫的拉伸强度和冲击强度分别提高21%和27%。因此,PTFE纳米纤维物理网络对泡沫塑料的增强作用得到充分验证。在此基础上,鉴于纯PPC挤出发泡的缺陷性,采用熔融共混的方式,将PS和PTFE添加到PPC中,制备PPC/PS/PTFE复合材料,并通过改进设计的超临界挤出发泡设备进行挤出发泡实验。研究结果表明,PPC和PS为不相容体系,PS以颗粒状分布在PPC基质中,而PTFE则在PPC/PS基质中形成纳米纤维网络,该结构使复合材料的综合性能获得极大提高,相比纯PPC,PPC/PS/PTFE样品的Tg提高12°C;储能模量增幅达392%;粘度增强了1676%;此外,PTFE纳米纤维物理网络能够有效防止PPC的剪切变稀行为,使得PPC/PS/PTFE样品的泡孔结构发生显著改善,其泡孔直径减小至1.2μm,泡孔密度提高4个数量级;该泡沫样品的压缩模量和压缩强度相比纯PPC分别提高了58倍和34倍。最后针对PPC/PS/PTFE体系的固有缺陷,结合学术界和市场上对完全可生物降解微孔材料的需求,成功制备了PPC/PBS/PTFE复合材料,实验结果表明,PPC和PBS是不相容的,PBS以微米级颗粒的形式分散在PPC基质内,PTFE则在PPC/PBS基质中形成纳米纤维物理网络,该特殊的相形态,使PPC/PBS/PTFE(70-30-3)样品的Tg增加了15°C。此外,PPC/PBS/PTFE(70-30-3)样品的储能模量和粘度分别提高471%和17倍。连续挤出发泡实验结果表明:PTFE纳米纤维物理网络可以有效防止泡孔壁的塌陷和破碎;实验确定90°C为该体系的最佳发泡温度;对于PPC/PBS/PTFE(70-30-3)泡沫样品,其平均泡孔尺寸减小至15.3μm,泡孔密度提升2个数量级;70-30-3泡沫样品的压缩模量和压缩强度比纯PPC泡沫分别提高了30和20倍以上。上述泡沫样品发泡形态和力学性能的显著改善可以归因于聚合物CO_2亲和力的提高,异相成核作用的增强和熔体粘度的改善这三者的协同促进效应。因此,在本文中,我们成功制备了具有优异综合性能和泡孔形态的完全可生物降解PPC连续微孔发泡材料,该成果是可生物降解塑料在挤出发泡领域的首次实现的;还成功解决了PPC在挤出发泡过程中的发泡性能较差的问题,使其在生物组织工程、包装工程等多个领域均能实现更广阔的应用价值。
【关键词】：微孔发泡 聚碳酸亚丙酯 聚四氟乙烯 原位成纤
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 微孔发泡塑料13-14
• 1.2 经典成核理论14-17
• 1.2.1 均相成核14-16
• 1.2.2 异相成核16-17
• 1.2.3 经典成核理论的修正17
• 1.3 微孔塑料成型技术17-22
• 1.3.1 超临界流体18
• 1.3.2 超临界流体CO_2发泡技术18-22
• 1.4 聚碳酸亚丙酯微孔塑料研究进展22-25
• 1.4.1 聚碳酸亚丙酯概述22-23
• 1.4.2 聚碳酸亚丙酯基复合材料的研究进展23-24
• 1.4.3 聚碳酸亚丙酯发泡材料的研究现状24-25
• 1.5 原位成纤聚四氟乙烯物理网络25-26
• 1.6 本论文的研究内容与意义26-27
• 1.7 本章小结27-29
• 第二章 实验设备及装置设计29-39
• 2.1 前言29
• 2.2 超临界CO_2挤出发泡成型设备及相关设计29-33
• 2.2.1 超临界CO_2的制备与输送装置29-31
• 2.2.2 挤出发泡螺杆31-32
• 2.2.3 挤出机主机32-33
• 2.3 超临界CO_2间歇发泡成型设备及相关设计33-38
• 2.3.1 间歇发泡高压釜釜体33-34
• 2.3.2 间歇发泡模具设计34-37
• 2.3.3 高压釜温度控制与卸压系统37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 PPC/PTFE复合材料的制备及其间歇发泡性能研究39-50
• 3.1 前言39
• 3.2 实验部分39-42
• 3.2.1 实验原料39-40
• 3.2.2 实验仪器设备40
• 3.2.3 样品制备40-41
• 3.2.4 间歇发泡实验41-42
• 3.3 实验测试与表征42-43
• 3.3.1 扫描电子显微镜(SEM)42-43
• 3.3.2 力学性能测试43
• 3.4 实验结果与讨论43-48
• 3.4.1 PPC/PTFE样品的断面形态43-45
• 3.4.2 PPC/PTFE样品的泡孔结构45-47
• 3.4.3 PPC/PTFE样品的力学性能47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 PPC/PS/PTFE复合材料的制备及其连续挤出发泡性能研究50-69
• 4.1 前言50-51
• 4.2 实验部分51-53
• 4.2.1 实验原料51
• 4.2.2 样品制备51-52
• 4.2.3 连续挤出发泡实验52-53
• 4.3 实验测试与表征53-54
• 4.3.1 傅立叶变换红外(FTIR)53
• 4.3.2 示差扫描量热法(DSC)53
• 4.3.3 动态热机械分析(DMA)53
• 4.3.4 流变学行为分析53-54
• 4.3.5 扫描电子显微镜(SEM)54
• 4.3.6 泡沫样品压缩性能测试54
• 4.4 实验结果与讨论54-62
• 4.4.1 PPC/PS和PPC/PS/PTFE样品的断面形态54-57
• 4.4.2 傅立叶红外光谱分析57-58
• 4.4.3 热性能分析58-59
• 4.4.4 动态热机械性能分析59-60
• 4.4.5 流变性能分析60-62
• 4.5 连续挤出发泡结果与讨论62-67
• 4.5.1 复合材料连续挤出发泡结果分析62-66
• 4.5.2 挤出发泡材料的压缩性能66-67
• 4.6 本章小结67-69
• 第五章 PPC/PBS/PTFE复合材料的制备及其连续挤出发泡性能研究69-89
• 5.1 前言69-70
• 5.2 实验部分70-72
• 5.2.1 实验原料70
• 5.2.2 样品制备70-71
• 5.2.3 连续挤出发泡实验71-72
• 5.3 实验测试与表征72-73
• 5.3.1 傅立叶变换红外(FTIR)72
• 5.3.2 示差扫描量热法(DSC)72
• 5.3.3 动态热机械分析(DMA)72
• 5.3.4 流变学行为分析72
• 5.3.5 扫描电子显微镜(SEM)72-73
• 5.4 实验结果与讨论73-81
• 5.4.1 PPC/PBS和PPC/PBS/PTFE共混物的断面形态73-76
• 5.4.2 傅立叶红外光谱分析76
• 5.4.3 热性能分析76-77
• 5.4.4 动态热机械性能分析77-79
• 5.4.5 流变性能分析79-81
• 5.5 连续挤出发泡结果与讨论81-88
• 5.5.1 口模温度对复合材料连续挤出发泡行为的影响81-84
• 5.5.2 复合材料连续挤出发泡结果分析84-87
• 5.5.3 挤出发泡材料的压缩性能87-88
• 5.6 本章小结88-89
• 结论89-91
• 参考文献91-100
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果100-102
• 致谢102-103
• 附件103

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