固化温度和外流场对聚苯乙烯空心微球质量的影响研究

发布时间：2020-02-03 15:25

【摘要】：激光惯性约束聚变(inertial confinement fusion,简记为ICF)是获得可控聚变能源的主要方式之一。聚合物空心微球是ICF研究亟需的物质基础。由于其优良的化学稳定性和力学性能,聚苯乙烯(polystyrene,PS)成为研究制备ICF用聚合物微球的首选原料之一。为实现内爆的球面聚心,ICF用聚合物空心微球对球形度、壁厚均匀性和表面粗糙度等质量参数都有严苛要求。本论文利用乳液微封装技术制备聚苯乙烯空心微球,研究了固化过程中温度和流场这两个关键因素对PS空心微球形变的影响。本论文在保证密度匹配前提下,通过调节固化温度(分别以25℃、45℃和65℃作为固化温度恒温固化PS复合乳粒),研究了温度对PS微球球形度和壁厚均匀性等质量参数的影响。结果表明降低固化温度能有效提高油水相之间界面张力,降低复合乳粒固化速率,从而增强复合乳粒球形化驱动力和复合乳粒"可逆"形变时间,改善了PS空心微球球形度和壁厚均匀性。在研究不同固化温度对PS微球形变基础上,根据乳粒固化过程中油相浓度随时间的变化曲线,通过阶段控温时间点的设定进一步研究了固化过程中温度对复合乳粒形变影响。阶段升温实验(以25℃固化,在不同时间点升温继续固化)表明,随着升温时间点延迟,球形度和壁厚均匀性好的PS空心微球微球产率呈先上升后降低的规律,而阶段降温实验(以55℃固化,在不同时间点降温继续固化)表明,随着降温时间点延迟,球形度和壁厚均匀性好的PS空心微球微球产率都有所降低,这主要是由于25℃时,内水相与油相密度差较大,升温后密度差减小。在固化前期,乳粒由于流动性好,升温后乳粒形变得以很好的回复,固化后期乳粒流动性差,升温后已经产生的形变难以回复;而55℃降温固化时则是由密度匹配向不匹配变化,因此在后期降温对微球质量影响更小。在研究旋转流场对微球形变的影响方面,本论文研究了转速和旋转烧瓶尺寸对微球形变的影响。结果表明,转速和旋转烧瓶对PS空心微球形变影响明显。对于厚壁PS空心微球,较高转速有利于改善其壁厚均匀性,这可能是由于较高转速增加了剪切力,有利于复合乳粒同心化。不同形状旋转烧瓶的实验结果增表明当烧瓶中乳粒个数相同时,微球球形度和壁厚均匀性随烧瓶长度增加呈显先增高后降低的趋势,而乳粒个数与外水相体积成比例时烧瓶长度对微球质量无明显影响。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O632.13

【参考文献】

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本文编号：2576055