高性能PVC结构泡沫的制造装备及工艺性能研究

发布时间：2020-05-24 16:51

【摘要】：半交联聚氯乙烯(PVC)硬质结构泡沫材料是一种以乙烯基聚合物为基础,通过贯穿的芳香酰亚胺交联聚合网络形成刚性闭孔的泡沫材料。其具有密度低,比强度高、耐化学腐蚀、耐高温的特点,做成夹芯结构件后可以大大增强构件的力学性能,但几乎不增加构件的重量,在特定的应用场合可作为金属、水泥、橡胶等的替代材料,主要应用于风机叶片、机车内饰、游艇壳体、航空航天、建筑保温等行业。本研究以聚氯乙烯(PVC)为基体、酰胺为化学发泡剂、聚合多异氰酸酯为交联剂和多元酸酐为交联助剂,采用模压成型工艺制备具有高力学强度、高阻燃性的轻质PVC硬质交联结构泡沫材料。本研究采用模压发泡法制备了具有一定阻燃性的PVC硬质交联结构泡沫材料,测得的极限氧指数为26.1,力学性能适中,经压缩试验测得其压缩强度为1.7MPa的交联型PVC结构泡沫塑料;通过原料配比实验研究,差示扫描量热分析(DSC)测试了PVC糊树脂的玻璃化转变温度T_g,选择了PB1302型PVC糊树脂为结构泡沫塑料的基体;通过热失重分析和单因素实验研究,探索混合糊料内发泡剂添加量对PVC泡沫发泡行为的影响,结果显示在PVC糊树脂为50g的情况下,偶氮二异丁腈(AIBN)与偶氮二甲酰胺(AC)按5:1的质量比组成复合发泡剂且用量为6g(12 wt%)时,制备出的PVC结构泡沫塑料的泡孔尺寸均匀、密度较低、力学性能适中的结论。进一步研究了甲苯二异氰酸酯(TDI)与甲基六氢苯酐配比对PVC泡沫发泡行为的影响。通过PVC结构泡沫模压工艺研究,确定模压压力10MPa下PVC凝胶化温度及糊料分解温度,即加热温度为155℃、保温保压90min和开模温度为30℃的模压工艺。通过水煮发泡实验确定了适于交联发泡的水温为65℃。通过模具设计和模压发泡装备研究,设计并制造模压阶段所用模具和水煮发泡用模具各一套,其中确立了静压密封方式为模压用模具的密封方式,采用螺纹传动方式实现对水煮发泡用模具型腔容积的连续调节,使用该PVC发泡装备可制备密度分别为100Kg/m~3、200Kg/m~3、300Kg/m~3的力学性能优异的PVC泡沫塑料。最后通过研究环氧化合物(环氧大豆油)对PVC结构泡沫塑料的力学及热稳定性的影响,制备出具备良好的压缩性能和热稳定性的PVC阻燃结构泡沫塑料。
【图文】：

轻型巡洋舰

开始了对泡沫塑料的研究，但工业基础薄弱，直到 70 年代才实现对软质业化生产。改革开放后，泡沫行业有了大幅发展，目前也已能够生产大多产品，但对于高性能的结构泡沫塑料和发泡剂、稳定剂、改性剂等加工助与国外有着较大差距，比如高性能的硬质交联 PVC 结构泡沫塑料近年才前还没有实现产业化生产，发泡剂、热稳定剂、纳米填料等加工助剂国外、低毒的产品，而我国仍在大量使用偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈等偶氮有毒性的铅盐类热稳定剂[10]。硬质结构泡沫塑料具有低密度、低吸水率、比强度、耐腐蚀性、高吸能性、无磁性的特点，，使得其具有金属材料所不途，常被用来作隔热、保温、缓冲、密封、隔音等材料，用作复合结构的足结构的刚度和强度的条件下大大减轻构件的重量，比如，瑞典海军的 V隐身”巡洋舰如图 1 所示，大部分结构采用夹层复合结构设计，其重量只同级舰艇的一半[11,12,13]。

结构泡沫,风机叶片,结构泡沫塑料

用于水声系统中做声呐的结构部件，在实际应用中表现出了果[8,27]。管随发泡倍数的增加结构泡沫塑料的力学强度会有所降低，但由于相对密很低，结构泡沫塑料比普通材料仍有着高得多的比强度（材料强度与相对，这使得结构泡沫塑料可以成为一种优质的结构材料，在满足强度要求的减少了结构的自重。比如，在风力发电中，要求风电叶片具有良好的刚度荷分布均匀以保证叶片运行平稳，交联聚氯乙烯结构泡沫塑料的泡壁内部这使得该泡沫塑料硬度高并有优良的比刚度、比强度、良好的尺寸稳定性孔、打磨、车削等机械加工，交联聚氯乙烯结构泡沫是第一种用作结构承的材料，其与风电叶片内的玻璃钢复合可以提高叶片的刚度和稳定性，在大量的应用[28,29,30]。如图 2，3 所示为 PVC 结构泡沫在风电、轨道交通、用。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ328.2

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