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均相成核虽然具有最理想的成核密度和最小的泡孔直径,但由于无成核点的依附和诱导,成核所需克服的自由能垒非常大,这就要求气体/聚合物熔体体系内的气体必须具有很大的过饱和度,因而要求体系必须积累更多的能量,一般通过均相体系的热力学不稳定性,采取快速降压或降温来实现成核。对设备及工艺水平要求非常高;而非均相成核是指熔体中除存在气体和聚合物本身以外,还存在一些游离态固体物质,这些固体物质和气体、聚合物熔体混在一起,气-液-固三相共存,在体系的压力释放过程中比均相成核更容易形成大量气泡核,所要求体系积累的能量比均相成核少得多。即非均相成核所需克服的自由能垒明显低于均相成核所需克服的自由能垒。这类游离态的固体物质就起到了成核剂的作用。
因此,成核剂的加入可以有效地降低泡孔成核所需克服的自由能垒的大小,使泡孔更容易成核,从而增加泡孔成核点数量,进而影响泡孔形态。本论文以超临界CO<,2>为发泡剂,用自行研制的动态发泡模拟机发泡,在发泡材料(PS)中加入不同含量,不同种类的成核剂,研究了成核剂类型、含量、粒度以及温度、压力、振动、剪切等加工因素对微孔塑料泡孔成核的影响。
但由于一些粒径较小(如纳米级)的成核剂粒子的团聚作用,导致其分散性不好,在PS内分布不均,使得成核的泡孔分布严重不均。为解决这一问题,本论文在发泡过程中引入剪切和振动等动态因素,尤其是把振动力场引入到微孔塑料发泡的全过程,促使成核剂的分散分布均匀,从而使得成核点分布均匀,改善了泡孔质量,本文在深入研究微孔塑料成核机理以及影响微孔塑料发泡成核的各种因素的基础上,从影响微孔发泡成核的动态因素出发,为了提高微孔发泡的质量,提出了一种微孔塑料发泡的新技术,即把振动力场引入到含有成核剂的微孔塑料发泡的全过程的技术。
本文通过在自行研制的模拟机台上的实验研究成核剂对成核的影响,对含有成核剂的微孔发泡机理进行了初步的研究和探讨;并通过实验对发泡过程中的各种因素的影响进行验证。发现部分成核剂的加入可以大大提高成核率,改善泡孔结构;成核剂含量并非越大越好,有一最佳值;成核剂粒度在大于临界泡孔尺寸的情况下越小越有利于成核;通过引入振动可以极大的强化剪切力场,从而促进成核剂的分散分布均匀,使得成核点分布均匀,改善了泡孔质量。最终制得了泡孔平均直径13um,泡孔平均密度1.1×10<8>N/cm<3>的微孔塑料。同时发现,利用微孔发泡过程中泡孔瞬间长大作用的方法可以促进纳米微粒在聚合物内的分散。