论文摘要
高分子微孔材料具有比强度高、耐疲劳性好、热导率低、介电常数小等特性,广泛应用于包装、家用电器和汽车零件等方面。不同用途的微孔材料对其泡孔结构有特殊要求。因此,对微孔材料泡孔结构的调控及机理研究具有重要的意义。本学位论文以超临界二氧化碳（Sc-CO2）为物理发泡剂,采用恒温与变温两种模式和降压协同作用对无定形聚苯乙烯（PS）和半结晶聚乳酸（PLA）进行高压釜发泡,研究发泡参数对发泡样品泡孔结构、体积膨胀比、脆断面润湿性能和结晶性能的影响。通过改变螺杆结构,在单螺杆挤出机内形成剪切混炼和混沌混炼两种流场制备PLA/PS共混物。从挤出机沿程不同位置取样,研究加工流场、螺杆转速对共混物相形态演变和流变性能的影响,分析加工流场–相形态–流变性能之间的关系,以使共混物在低PLA分散相含量下获得共连续相结构。采用恒温与变温两种模式和降压协同作用对PLA/PS共混物进行高压釜发泡,研究发泡参数对发泡样品泡孔结构、体积膨胀比和开孔率的影响,并分析液滴形态和共连续结构的共混物在发泡过程中形成开孔结构的机理。对PS发泡,在恒温模式下仅通过降压只获得单峰的泡孔结构,而在变温模式下通过升温与降压协同作用获得双峰的泡孔结构,大、小泡孔分别在升温和降压阶段成核形成。通过改变饱和温度、发泡温度、发泡压力和第二次饱和时间实现对发泡样品的体积膨胀比和双峰泡孔结构的控制。单峰泡孔结构能在一定程度上提高样品脆断面的疏水性,使静态接触角从PS的本征值（87.1°）增大至138.8°;双峰泡孔结构可赋予样品脆断面更高的静态接触角（155.1°）,呈现超疏水特性。对PLA发泡,采用恒温模式,饱和时间较短时,由于CO2扩散前沿在晶体生长前沿的前面,导致发泡样品脆断面呈现不均匀的泡孔结构。提高发泡温度、发泡压力或延长饱和时间导致样品的泡孔结构均匀性明显提高。采用变温模式,饱和温度和发泡压力对饱和阶段形成的球晶的尺寸和结晶度有很大的影响,进而影响发泡PLA样品的泡孔结构和体积膨胀比。PLA在适当条件下发泡后呈现双峰、三峰泡孔结构,其中三峰泡孔结构的发泡样品具有很大（76.2）的体积膨胀比。混沌流场的拉伸-折叠作用有利于PLA/PS共混物中的PLA分散相形成大长径比（最大达14.9）的纤维,且使25/75 PLA/PS共混物在较短流程（约15倍螺杆直径）下呈现共连续相结构。随混炼的进行,共混物的共连续相结构逐渐破裂成纤维和液滴。在较高螺杆转速下,共连续相结构呈拉长的形状和大的破裂速率。体积比一定时,与液滴形态的共混物相比,共连续相结构的共混物在低频区呈现较低的储能模量（G′）。通过Maxwell模型和Palierne模型获得两相不相容共混物的动态流变曲线,分析共混物体现在G′和复数黏度虚部部分（η″）与角频率（ω）关系曲线上的松弛行为,在η″（ω）曲线上定义共混物的三个特征松弛时间。结果发现,在η″（ω）曲线低频区波峰对应角频率的倒数与从G′（ω）曲线上获得的共混物最长松弛时间相近。基于此结果,提出新的计算共混物两相间界面张力的方法,并通过此法获得80/20 PLA/PS共混物两相间的界面张力为5.3 mN/m。对PLA/PS共混物发泡,不同相形态的共混物呈现不同的开孔机理。当共混物的PLA分散相为液滴形态时,在PS相中的泡孔长大过程中,较差的界面相容性导致泡孔壁逐渐远离PLA液滴而破裂形成开孔。当共混物呈现共连续相结构时,PLA与PS两相界面处发生异相成核,这些泡核长大后相互连通而形成开孔泡孔结构。当发泡温度比饱和温度高60℃时,30/70 PLA/PS共混物发泡样品呈现双峰泡孔结构。共混物在较高饱和温度和较低发泡温度发泡后,PLA相中的泡孔以开孔为主、PS相中的泡孔以闭孔为主,且前者的直径较大。