辐照交联聚乙烯的超临界二氧化碳微孔发泡研究

论文摘要

微孔聚合物是一种泡孔直径小于10μm,孔密度超过108 cm-3的新型高分子材料,相对于致密聚合物,微孔泡沫材料质量轻、机械性能好和疲劳寿命长,用途广泛,被誉为“21世纪的新型材料”。由于传统氟氯烃类物理发泡剂破坏臭氧层,所以环境友好型发泡剂的开发和应用倍受各国政府关注。超临界二氧化碳作为一种无毒、无污染的绿色发泡剂,在制备微孔聚合物方面,因价廉、易得、发泡效率高而具明显的优势,倍受专家推崇,成为氯氟烃类发泡剂的最佳替代品之一。本文将辐照交联和超临界CO2微孔发泡技术相结合,成功制备出具有微孔结构的交联低密度聚乙烯（LDPE）泡沫材料。采用不同辐照加工成型顺序制备交联LDPE样片:1)辐照交联LDPE颗粒→螺杆挤出、热压成形（记为SA）;2)LDPE颗粒热压成形→辐照交联（记为SB）。利用超临界CO2对辐照交联LDPE样片进行了发泡处理。使用差示扫描量热法（DSC）、X射线衍射法（XRD）、傅立叶红外光谱法（FT-IR）、扫描电子显微镜法（SEM）等测试表征方法对辐照交联LDPE样片的熔点、结晶度、凝胶含量以及交联LDPE泡沫样品微孔形貌和体积膨胀率进行了表征。本文讨论了γ射线辐照对LDPE的熔融温度、结晶度、凝胶含量等性质的影响,比较了两种LDPE样片的发泡行为,系统研究了辐照剂量、辐照加工顺序、发泡温度、超临界CO2压力对交联LDPE微孔泡沫孔形貌和体积膨胀率的影响。实验表明:辐照SA、SB系列样片仍为有典型LDPE化学主链结构,辐照前后LDPE样片的晶体结构均无变化。限氧辐照LDPE分子主要发生交联反应,辐照LDPE样片凝胶含量增大,结晶熔融温度降低,结晶度减小;相同的发泡条件下,不同辐照加工顺序所得辐照交联LDPE样片的发泡行为差异明显,SA泡沫样品的体积膨胀率较高,其孔径较大、孔密度较低,SB泡沫样品的泡孔结构更精细,孔径更小、孔密度更高,但体积膨胀率较低;SA系列泡沫的体积膨胀率大,发泡效率高,发泡工艺更易实现工业连续生产。50 kGy时辐照交联LDPE样片的发泡效果最佳,100°C、22 MPa时,可制备孔径分布均匀,孔直径小于10μm,孔密度大于109 cm-3的交联LDPE微孔泡沫塑料。同时LDPE经辐照交联,其热稳定性显著提高,发泡温度范围明显增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 本课题的研究背景与意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 聚乙烯的性质
• 1.2.2 PE 交联改性
• 1.2.3 PE 辐射交联
• 1.2.4 微孔聚合物泡沫材料
• 1.2.5 微孔聚合物泡沫制备方法
• 1.2.6 微孔聚合物泡沫成型方法
• 1.2.7 微孔泡沫气泡成核理论
• 1.2.8 超临界流体简介
• 2 在萃取中的应用'>1.2.9 超临界CO₂在萃取中的应用
• 2 在聚合物材料加工中的应用'>1.2.10 超临界CO₂在聚合物材料加工中的应用
• 1.3 本课题的研究内容及创新点
• 第2章 辐照LDPE 交联与表征
• 2.1 实验与表征
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 实验及分析仪器
• 2.1.3 辐照交联LDPE 样片的制备
• 2.1.4 试样的表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 辐照对LDPE 熔融与结晶行为的影响
• 2.2.2 辐照剂量对LDPE 样片凝胶含量的影响
• 2.2.3 限氧辐照对LDPE 影响
• 2.3 小结
• 第3章 辐照与交联LDPE 泡沫微孔形貌
• 3.1 实验与表征
• 3.1.1 实验材料与试剂
• 3.1.2 实验及分析仪器
• 3.1.3 试样的发泡处理
• 3.1.4 交联LDPE 泡沫的表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 辐照剂量对泡孔形貌的影响
• 3.2.2 辐照剂量对体积膨胀率的影响
• 3.3 小结
• 第4章 交联LDPE 样片发泡及其泡孔微观形貌
• 4.1 实验与表征
• 4.1.1 实验材料与试剂
• 4.1.2 实验及分析仪器
• 4.1.3 试样的发泡处理
• 4.1.4 交联LDPE 泡沫的表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 发泡温度对交联LDPE 泡沫样品孔形貌的影响
• 2 压力对交联LDPE 泡沫样品孔形貌的影响'>4.2.2 超临界CO₂ 压力对交联LDPE 泡沫样品孔形貌的影响
• 4.3 小结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文