本文關(guān)鍵詞：聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備及其發(fā)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獨特的優(yōu)異性能和綠色環(huán)保的優(yōu)勢而一直是科學(xué)界的研究熱點之一,其中,聚碳酸亞丙酯(PPC)以其良好的可生物降解性和能夠降低溫室效應(yīng)的特殊性,從科學(xué)和工業(yè)上引起廣泛關(guān)注,然而PPC可加工性差的缺陷卻限制了其廣泛應(yīng)用。為了解決上述問題,本文首先采用自行設(shè)計的一模兩腔間歇發(fā)泡模具成型PPC/PTFE微孔塑料標準力學(xué)樣條,以研究其超臨界CO_2發(fā)泡性能和力學(xué)性能,結(jié)果表明,PTFE通過原位成纖形成納米纖維絲并發(fā)生纏結(jié),最終以納米纖維物理網(wǎng)絡(luò)的形式存在于PPC基質(zhì)中,該特殊相形態(tài)使泡沫樣品的泡孔直徑減小至2.29μm,泡孔密度提升10倍以上;力學(xué)性能測試結(jié)果表明,PPC/PTFE泡沫的拉伸強度和沖擊強度分別提高21%和27%。因此,PTFE納米纖維物理網(wǎng)絡(luò)對泡沫塑料的增強作用得到充分驗證。在此基礎(chǔ)上,鑒于純PPC擠出發(fā)泡的缺陷性,采用熔融共混的方式,將PS和PTFE添加到PPC中,制備PPC/PS/PTFE復(fù)合材料,并通過改進設(shè)計的超臨界擠出發(fā)泡設(shè)備進行擠出發(fā)泡實驗。研究結(jié)果表明,PPC和PS為不相容體系,PS以顆粒狀分布在PPC基質(zhì)中,而PTFE則在PPC/PS基質(zhì)中形成納米纖維網(wǎng)絡(luò),該結(jié)構(gòu)使復(fù)合材料的綜合性能獲得極大提高,相比純PPC,PPC/PS/PTFE樣品的Tg提高12°C;儲能模量增幅達392%;粘度增強了1676%;此外,PTFE納米纖維物理網(wǎng)絡(luò)能夠有效防止PPC的剪切變稀行為,使得PPC/PS/PTFE樣品的泡孔結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改善,其泡孔直徑減小至1.2μm,泡孔密度提高4個數(shù)量級;該泡沫樣品的壓縮模量和壓縮強度相比純PPC分別提高了58倍和34倍。最后針對PPC/PS/PTFE體系的固有缺陷,結(jié)合學(xué)術(shù)界和市場上對完全可生物降解微孔材料的需求,成功制備了PPC/PBS/PTFE復(fù)合材料,實驗結(jié)果表明,PPC和PBS是不相容的,PBS以微米級顆粒的形式分散在PPC基質(zhì)內(nèi),PTFE則在PPC/PBS基質(zhì)中形成納米纖維物理網(wǎng)絡(luò),該特殊的相形態(tài),使PPC/PBS/PTFE(70-30-3)樣品的Tg增加了15°C。此外,PPC/PBS/PTFE(70-30-3)樣品的儲能模量和粘度分別提高471%和17倍。連續(xù)擠出發(fā)泡實驗結(jié)果表明:PTFE納米纖維物理網(wǎng)絡(luò)可以有效防止泡孔壁的塌陷和破碎;實驗確定90°C為該體系的最佳發(fā)泡溫度;對于PPC/PBS/PTFE(70-30-3)泡沫樣品,其平均泡孔尺寸減小至15.3μm,泡孔密度提升2個數(shù)量級;70-30-3泡沫樣品的壓縮模量和壓縮強度比純PPC泡沫分別提高了30和20倍以上。上述泡沫樣品發(fā)泡形態(tài)和力學(xué)性能的顯著改善可以歸因于聚合物CO_2親和力的提高,異相成核作用的增強和熔體粘度的改善這三者的協(xié)同促進效應(yīng)。因此,在本文中,我們成功制備了具有優(yōu)異綜合性能和泡孔形態(tài)的完全可生物降解PPC連續(xù)微孔發(fā)泡材料,該成果是可生物降解塑料在擠出發(fā)泡領(lǐng)域的首次實現(xiàn)的;還成功解決了PPC在擠出發(fā)泡過程中的發(fā)泡性能較差的問題,使其在生物組織工程、包裝工程等多個領(lǐng)域均能實現(xiàn)更廣闊的應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：微孔發(fā)泡 聚碳酸亞丙酯 聚四氟乙烯 原位成纖
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 微孔發(fā)泡塑料13-14
• 1.2 經(jīng)典成核理論14-17
• 1.2.1 均相成核14-16
• 1.2.2 異相成核16-17
• 1.2.3 經(jīng)典成核理論的修正17
• 1.3 微孔塑料成型技術(shù)17-22
• 1.3.1 超臨界流體18
• 1.3.2 超臨界流體CO_2發(fā)泡技術(shù)18-22
• 1.4 聚碳酸亞丙酯微孔塑料研究進展22-25
• 1.4.1 聚碳酸亞丙酯概述22-23
• 1.4.2 聚碳酸亞丙酯基復(fù)合材料的研究進展23-24
• 1.4.3 聚碳酸亞丙酯發(fā)泡材料的研究現(xiàn)狀24-25
• 1.5 原位成纖聚四氟乙烯物理網(wǎng)絡(luò)25-26
• 1.6 本論文的研究內(nèi)容與意義26-27
• 1.7 本章小結(jié)27-29
• 第二章 實驗設(shè)備及裝置設(shè)計29-39
• 2.1 前言29
• 2.2 超臨界CO_2擠出發(fā)泡成型設(shè)備及相關(guān)設(shè)計29-33
• 2.2.1 超臨界CO_2的制備與輸送裝置29-31
• 2.2.2 擠出發(fā)泡螺桿31-32
• 2.2.3 擠出機主機32-33
• 2.3 超臨界CO_2間歇發(fā)泡成型設(shè)備及相關(guān)設(shè)計33-38
• 2.3.1 間歇發(fā)泡高壓釜釜體33-34
• 2.3.2 間歇發(fā)泡模具設(shè)計34-37
• 2.3.3 高壓釜溫度控制與卸壓系統(tǒng)37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 第三章 PPC/PTFE復(fù)合材料的制備及其間歇發(fā)泡性能研究39-50
• 3.1 前言39
• 3.2 實驗部分39-42
• 3.2.1 實驗原料39-40
• 3.2.2 實驗儀器設(shè)備40
• 3.2.3 樣品制備40-41
• 3.2.4 間歇發(fā)泡實驗41-42
• 3.3 實驗測試與表征42-43
• 3.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)42-43
• 3.3.2 力學(xué)性能測試43
• 3.4 實驗結(jié)果與討論43-48
• 3.4.1 PPC/PTFE樣品的斷面形態(tài)43-45
• 3.4.2 PPC/PTFE樣品的泡孔結(jié)構(gòu)45-47
• 3.4.3 PPC/PTFE樣品的力學(xué)性能47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 PPC/PS/PTFE復(fù)合材料的制備及其連續(xù)擠出發(fā)泡性能研究50-69
• 4.1 前言50-51
• 4.2 實驗部分51-53
• 4.2.1 實驗原料51
• 4.2.2 樣品制備51-52
• 4.2.3 連續(xù)擠出發(fā)泡實驗52-53
• 4.3 實驗測試與表征53-54
• 4.3.1 傅立葉變換紅外(FTIR)53
• 4.3.2 示差掃描量熱法(DSC)53
• 4.3.3 動態(tài)熱機械分析(DMA)53
• 4.3.4 流變學(xué)行為分析53-54
• 4.3.5 掃描電子顯微鏡(SEM)54
• 4.3.6 泡沫樣品壓縮性能測試54
• 4.4 實驗結(jié)果與討論54-62
• 4.4.1 PPC/PS和PPC/PS/PTFE樣品的斷面形態(tài)54-57
• 4.4.2 傅立葉紅外光譜分析57-58
• 4.4.3 熱性能分析58-59
• 4.4.4 動態(tài)熱機械性能分析59-60
• 4.4.5 流變性能分析60-62
• 4.5 連續(xù)擠出發(fā)泡結(jié)果與討論62-67
• 4.5.1 復(fù)合材料連續(xù)擠出發(fā)泡結(jié)果分析62-66
• 4.5.2 擠出發(fā)泡材料的壓縮性能66-67
• 4.6 本章小結(jié)67-69
• 第五章 PPC/PBS/PTFE復(fù)合材料的制備及其連續(xù)擠出發(fā)泡性能研究69-89
• 5.1 前言69-70
• 5.2 實驗部分70-72
• 5.2.1 實驗原料70
• 5.2.2 樣品制備70-71
• 5.2.3 連續(xù)擠出發(fā)泡實驗71-72
• 5.3 實驗測試與表征72-73
• 5.3.1 傅立葉變換紅外(FTIR)72
• 5.3.2 示差掃描量熱法(DSC)72
• 5.3.3 動態(tài)熱機械分析(DMA)72
• 5.3.4 流變學(xué)行為分析72
• 5.3.5 掃描電子顯微鏡(SEM)72-73
• 5.4 實驗結(jié)果與討論73-81
• 5.4.1 PPC/PBS和PPC/PBS/PTFE共混物的斷面形態(tài)73-76
• 5.4.2 傅立葉紅外光譜分析76
• 5.4.3 熱性能分析76-77
• 5.4.4 動態(tài)熱機械性能分析77-79
• 5.4.5 流變性能分析79-81
• 5.5 連續(xù)擠出發(fā)泡結(jié)果與討論81-88
• 5.5.1 口模溫度對復(fù)合材料連續(xù)擠出發(fā)泡行為的影響81-84
• 5.5.2 復(fù)合材料連續(xù)擠出發(fā)泡結(jié)果分析84-87
• 5.5.3 擠出發(fā)泡材料的壓縮性能87-88
• 5.6 本章小結(jié)88-89
• 結(jié)論89-91
• 參考文獻91-100
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果100-102
• 致謝102-103
• 附件103

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本文編號：965103