聯係草莓视频在哪里下载收藏本站

歡迎來到江蘇草莓视频夜晚释放自己新材料科技有限公司!

江蘇草莓视频永久无限破解版新材料科技有限公司鞋材新材料研發、生產、銷售一條龍服務

全國谘詢熱線198 2707 1599

資訊中心news center

聯係方式Contact us

郵箱:jsdingguan@126.com
聯係人:樂經理
手機:198 2707 1599
電話:0515-88888888
傳真:0515-88888888
網址:www. jogosfrivyoob.com
地址:鹽城市鹽南高新區日月路19號裕新大廈301室(CND)
新聞資訊
超臨界CO2發泡新材料的技術工藝進展
超臨界CO2發泡新材料的技術工藝進展
一、超臨界狀態定義 
任何一種物質都存在三種相態——氣相、液相、固相。三相呈平衡態共存的點叫三相點。液、氣兩相呈平衡狀態的點叫臨界點。在臨界點時的溫度和壓力稱為臨界溫度和臨界壓力(水的臨界溫度和臨界壓力分別為374℃和21.7MPa)。不同的物質其臨界點所要求的壓力和溫度各不相同。 
超臨界CO2 是指溫度高於31 .1 ℃、壓力大於7 .38 MPa的CO2 ,高於臨界溫度和臨界壓力而接近臨界點的狀態稱為超臨界狀態。處於超臨界狀態時,氣液兩相性質非常接近,以至於無法分辨,所以超臨界水是非協同、非極性溶劑。 
超臨界條件下的氣體,也稱為超臨界流體(SF),是處於臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上,以流體形式存在的物質。通常有二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)、氧化二氮(N2O)、乙烯(C2H4)、三氟甲烷(CHF3)等。 
二、超臨界流體的應用領域 
如超臨界四流體萃取(supercrtical fluidextraction),超臨界流體色譜(supercritical fluid chromatography)和超臨界流體中的化學反應等,但以超臨界流體萃取應用得最為廣泛。 
很多物質都有超臨界流體區,但由於CO2的臨界溫度比較低(364.2K),臨界壓力也不高(7.28MPa),且無毒,無臭,無公害,所以在實際操作中常使用CO2超臨界流體。如用超臨界CO2從咖啡豆中除去咖啡因,從煙草中脫除尼古丁,從大豆或玉米胚芽中分離甘油酯,對花生油、棕櫚油、大豆油脫臭等。 
又例如從紅花中提取紅花甙及紅花醌甙(它們是治療高血壓和肝病的有效成分),從月見草中提取月見草油(它們對心血管病有良好的療效)等。使用超臨界技術的唯一缺點是涉及高壓係統,大規模使用時其工藝過程和技術的要求高,設備費用也大。但由於它優點甚多,仍受到重視。 
三、超臨界CO2的特性 
超臨界CO2它具有近似液體的溶解度和近似氣體的擴散係數, 同時具有對多數有機物溶解性能好、黏度低、擴散係數大、無毒、不燃、化學惰性、無溶劑殘留、價廉易得、使用安全、不汙染環境等獨特優點。與其他超臨界惰性氣體(如N2)相比, 超臨界CO2 更容易製備, 與聚合物也有更強的相互作用。 
超臨界CO2 可以降低聚合物體係的界麵張力, 對聚合物熔體有很好的增塑作用, 因而可以降低聚合物的玻璃化轉變溫度(Tg ), 並能降低聚合物熔體的黏度和提高熔體的流動性, 降低擠出溫度 。超臨界CO2 還可以大幅提高其他氣體或小分子化合物在被增塑後的聚合物中的擴散速度和溶解吸附程度。超臨界CO2 存在的諸多優點使其成為一種十分理想的微孔塑料物理發泡劑。 
四、微孔發泡材料的定義 
微孔發泡材料一般是指泡孔直徑為0 .1 ~ 10 μm 、泡孔密度為109 ~ 1015個/cm3 、材料密度相比發泡前可減少5 %~ 95 %的新型泡沫塑料 。 
經過近多年的發展,現已開發出以聚苯乙烯(PS) 、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE) 、聚氯乙烯(PVC) 、聚碳酸酯(PC) 、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 和聚乙烯醇縮丁醛(PVB) 等樹脂為基體的微孔塑料。與未發泡材料及普通泡沫塑料相比, 微孔聚合物材料具有缺口衝擊強度高、韌性好、比強度高、疲勞壽命長、熱穩定性高、介電常數低、熱導率低等優異的性能。 
因而他的應用領域也非常廣泛,例如可用於製造食品包裝材料、輕質高強、隔熱隔音的性能可用於飛機和汽車部件、緩衝性強的運動器材、高電壓絕緣材料、保溫性優異的纖維材料和低摩擦的表麵改性材料等, 開孔結構的微孔塑料則適合用作分離、吸附材料、催化劑載體、生物醫學材料和分子級的過濾器等。這些獨特優點是普通泡沫塑料所無法具有的, 因此微孔泡沫塑料是一種具有極大應用價值和開發潛力的新型材料。 
五、超臨界CO2發泡微孔材料的原理 
聚合物微孔發泡過程是一個複雜的過程, 在這個過程中發泡氣體與聚合物之間發生一係列相變過程。如圖1所示, 首先將一定量的超臨界CO2氣體溶於聚合物熔體中, 經對流、擴散作用形成聚合物/氣體均相體係。隨後聚合物/超臨界CO2 均相體係在熱力學不穩定作用下(壓力降低或溫度升高)發生相分離, 快速成核, 然後經氣泡膨脹、冷卻固化定型得到最終產品。 
因此一般將超臨界CO2發泡微孔塑料的成型過程分為4 個階段 
(1)、氣體溶解———超臨界CO2 溶解於聚合物熔體中, 形成聚合物/超臨界CO2均相體係; 
(2)、氣泡成核———在溫度上升或壓力下降導致的熱力學不穩定作用的推動下, 聚合物/超臨界CO2 均相體係發生相分離, 形成泡核; 
(3)、氣泡長大———通過氣體的擴散與熱量的傳遞, 氣泡膨脹; 
(4)、泡孔定型———通過自然或強行的方法終止氣泡生長驅動力, 泡核停止生長, 即得到微孔塑料。這4 個階段直接決定了最終微孔塑料製品的泡孔結構與性能。
六、超臨界CO2發泡微孔材料的生產工藝及設備
目前超臨界流體發泡微孔塑料的成型工藝能穩定實現工業化的大概有四種工藝設備方式。
1、模壓發泡
超臨界模壓發泡由薑修磊、陳偉團隊最早於2010年提出,並在2013年於江蘇揚州實現商業化,也是目前比較成熟能工業化生產模壓發泡新材料的團隊。
步驟是將模壓機上的發泡模具升溫,待達到發泡溫度後,將聚合物放入模具,模壓機合模,模具密封,向模具內充入超臨界流體,超臨界流體向聚合物溶脹擴散,然後模壓機開模泄壓發泡,即可得到聚合物微孔發泡材料。與現有技術相比,本發明的優點在於:采用高溫高壓的超臨界流體溶脹聚合物,大大縮短了成型周期;突破了現有技術隻能製備厚度較薄的微孔發泡片材的限製,可以製得厚度較大的聚合物微孔發泡板;由於模具打開時泄壓速度較大,泡孔成核速率較高,形成的微孔發泡材料泡孔更小,孔密度更高,性能更優異;一台模壓機可以放置多層模具,適合於工業化規模生產。
2、反應釜發泡
釜壓發泡裝置簡單, 可控性強, 各種工藝參數與所得微孔結構參數之間的關係清晰, 是進行微孔聚合物成型機理研究和確定工藝參數的有效方法, 是擠出成型和注射成型設備設計及工藝條件確定的基礎。根據發泡原理的不同, 可以將其分為升溫法和降壓法兩大類。
(1)、升溫法發泡:
將已預先成型的聚合物零件或料胚放入高壓反應釜內,然後密封反應釜。將反應釜升溫至預定溫度(該溫度低於聚合物的Tg )後, 打開高壓氣瓶向高壓反應釜內注入CO2 氣體至預定壓力(稱為飽和壓力),隨後恒溫放置一段時間, 讓超臨界CO2充分飽和樣品以形成聚合物/超臨界CO2 均相體係。隨後迅速卸壓至常壓, 快速將樣品放入預先加熱的恒溫油浴鍋中加熱一段時間以進行發泡, 此時的溫度和時間稱為發泡溫度和發泡時間。最後將樣品水冷、洗滌、幹燥, 即得到微孔塑料。
升溫法的優點在於在較高壓力、較低溫度的條件下, 超臨界CO2 在聚合物中的溶解度較大。而根據經典均相成核理論,較高的CO2濃度可以提高成核數量, 進而使微孔塑料具有較大的泡孔密度和較小的泡孔尺寸, 從而可以得到力學性能優異的微孔塑料。對於具有較高Tg 或較高加工溫度的聚合物, 升溫法為其微孔發泡提供了一種新的途徑。
(1)、降壓法發泡:
將料坯放入高壓反應釜內,隨後密封反應釜並加熱升溫至預定的發泡溫度, 溫度恒定後注入CO2氣體至預定的發泡壓力, 恒溫恒壓保持一段時間(發泡時間)以形成聚合物/超臨界CO2均相體係。隨後打開卸壓閥, 按照不同的卸壓速率降至常壓, 並保溫一段時間(泡孔生長時間)。最後降至常溫取出樣品。
相比升溫法, 降壓法的發泡溫度較高。一方麵, 使得超臨界CO2 在聚合物中的溶解度降低, 進而引起製品泡孔密度的減小與泡孔尺寸的增大;另一方麵, 使得聚合物鏈段活動性增強,達到溶解飽和時所需時間較短, 且省去了油浴發泡的環節, 使得降壓法的發泡周期大大縮短, 因此在科學實驗中更為常用。
3、擠出發泡
擠出發泡具體步驟為:CO2 氣體通過注射泵由高壓氣缸注入機筒內, 在擠出期間要保持CO2氣體體積流率和壓力恒定, 注射點在離機筒約的位置, 在這一區域機筒的直徑恒定。經螺杆的剪切混合和氣體的對流、擴散, 在機筒內形成聚合物/超臨界CO2均相體係, 均相體係在通過機頭口模時, 壓力劇降, 發生相分離, 迅速成核。最後迅速水冷固化定型,即得到微孔泡沫塑料。
采用單螺杆擠出機連續擠出PS 微孔塑料, 並研究了CO2 濃度與機頭溫度對泡孔結構的影響。結果表明, 在溶解極限以下, 隨著CO2 濃度的升高, 平均孔徑減小, 泡孔密度增大, 升高機頭溫度與增大CO2濃度具有等同效應。A D Carlo s 等研究了硬質PVC 的連續擠出微孔發泡過程, 研究發現快速熔融和合適的熔體流變性能是保證連續微孔發泡的關鍵因素。
近年又開發出一種新的擠出成型技術———電磁動態擠出成型技術, 它將振動力場引入到微孔塑料擠出成型的全過程。實驗結果表明, 振動力場的引入使加工溫度明顯降低, 熔體的黏性、彈性減小, 混合、混煉效果顯著提高, 泡孔結構也得以明顯改善。電磁動態成型技術的引入豐富了微孔塑料的擠出成型理論, 是一種具有廣闊應用前景的新方法。
4、注塑發泡
注射成型法的具體步驟為:聚合物粒料通過螺杆的機械塑化和加熱器的加熱塑化作用熔融成為熔體。超臨界CO2以一定的流率由計量閥控製注入機筒內的聚合物熔體中, 形成聚合物熔體/氣體均相體係, 隨後通過加熱器加熱熔體/氣體均相體係。由於體係溫度急劇升高, 發泡劑在熔體中的溶解度顯著下降,使均相體係產生極大的熱力學不穩定性, 氣體從熔體中析出形成大量的微細氣泡核。
螺杆前移使含有大量微細氣泡的聚合物熔體注入型腔中, 由壓縮空氣所提供的背壓可以防止氣泡在充模過程中發生膨脹。充模過程完成後, 型腔內壓力下降使氣泡膨脹, 同時由於模具的冷卻作用使泡體固化定型。相關工藝參數(如熔融溫度、氣體濃度、螺杆直徑、注射速率)對微孔塑料的力學性能和泡孔結構有著顯著影響。
微孔塑料注射成型一般通過改變溫度成核, 與改變壓力法相比, 更易控製;同時由於超臨界CO2 的引入, 相比傳統的注射成型, 微孔注射成型可以降低材料消耗、縮短成型周期、減小製品翹曲和殘餘應力, 降低機械損耗和生產成本, 提高表麵品質, 增加製品尺寸穩定性和準確性, 且適用於大多數聚合物, 因而注射成型也是有應用前景的微孔塑料發泡方法。
七、超臨界CO2發泡微孔的泡孔結構影響及因素
影響微孔塑料泡孔結構的因素很多, 現將其分為兩大類:外部因素與內部因素。外部因素主要包括成型方法、溫度、壓力、時間、外力場、成核劑(如納米粒子)等;內部因素則主要包括聚合物和氣體本身的結構和性質, 熔體的黏度、彈性、界麵張力、結晶性(如結晶度、晶體結構等)、交聯度等。
因此外部因素的改變會影響微孔塑料的泡孔結構, 可以通過調節外部因素來控製微孔塑料的泡孔結構, 進而獲得所需結構的微孔泡沫塑料。本文將主要討論外部因素對微孔塑料泡孔結構的影響。
總體來說, 外部因素的變化會引起內部因素發生改變, 內部因素的改變又會直接影響聚合物的4 個發泡環節, 而發泡環節最終直接決定了微孔塑料的泡孔結構。
(1)、溫度
一般來說, 溫度的升高會使超臨界CO2 在聚合物中的溶解量減小、擴散速率增大、熔體黏度、彈性下降、聚合物/氣體界麵張力下降, 泡孔合並現象加劇。
根據經典均相成核理論, CO2 溶解量的減小會導致成核速率的下降, 進而使得微孔塑料泡孔密度減小;CO2 擴散速率的增大則會導致熱力學不穩定作用加劇, 進而增大成核速率和微孔塑料的泡孔密度;熔體黏度、界麵張力的下降則會導致氣泡膨脹阻力減小, 泡孔合並現象也會加劇,從而使得泡孔孔徑增大, 最終使得微孔塑料泡孔孔徑變大, 表觀密度下降。
因此溫度升高會使微孔塑料的泡孔密度減小, 泡孔孔徑增大, 表觀密度下降, 但對於升溫法,由於飽和條件(溫度、壓力、時間)相同,CO2在聚合物中的溶解量相同, 升高發泡溫度使CO2 擴散速率增大, 體係熱力學不穩定作用加劇, 成核速率增大, 使得微孔塑料的泡孔密度增大
(2)、壓力
根據經典均相成核理論, 隨著壓力的升高, 超臨界CO2在聚合物體係中的溶解度和擴散速率增大, 氣泡成核的能壘降低, 從而使得氣泡的成核點增多、成核速率增大, 最終使微孔塑料的泡孔密度增大。
此外, 在高壓作用下, 一方麵, 超臨界CO2 對聚合物體係具有明顯的增塑作用, 使得聚合物熔體的黏度降低、泡孔膨脹的阻力減小, 使微孔塑料製品的泡孔孔徑增大。隨著壓力的升高,CO2的溶解度增加, 熔體黏度減小, 泡孔直徑和泡孔密度均增加;另一方麵, 高壓會增加氣泡生長的阻力,起到抑製氣泡長大的作用, 從而使所得微孔塑料的泡孔孔徑減小。
上述兩方麵作用對泡孔直徑的影響相反, 最終所得微孔塑料的泡孔直徑減小與否則取決於哪種作用占據主要地位。
(3)、時間
根據加工方法及工藝階段的不同, 可以將工藝時間分為飽和時間、發泡時間和卸壓時間。
飽和時間和卸壓時間主要是降壓成型法的重要工藝參數, 而發泡時間則主要是升溫成型法的重要工藝參數, 對於其他成型方法, 發泡時間可調節性不大, 主要研究如何在較短的發泡時間裏得到孔徑均一、分布均勻的泡孔結構。對於降壓成型法, 超臨界CO2 尚未達到溶解度以前, 延長飽和時間可以提高聚合物中超臨界CO2 的溶解量, 增加氣泡的成核點, 並可以提高CO2在聚合物中分布的均勻程度, 從而提高微孔塑料的泡孔密度和泡孔分布的均勻度;降低卸壓時間可以提高體係的熱力學不穩定性, 增大氣相成核的推動力, 提高成核速率和氣核均勻性, 從而增大微孔塑料的泡孔密度, 隨著泡孔密度的增大泡孔直徑則呈先增大後減小的趨勢。 
對於升溫法, 延長發泡時間, 由於起始階段溫差較大, 體係處於極度的熱力學不穩定狀態, 泡孔密度和泡孔孔徑急劇增大, 隨著溫差的減小, 泡孔密度增幅漸緩,CO2擴散進入泡孔, 泡孔孔徑持續增大,體積密度降低。 
(4)、外力場 
外力場主要包括剪切場和振動場, 廣泛應用於擠出、熱壓與注射發泡。引入外力場的主要作用在於提高混合攪拌的強度和對流擴散的速率, 以快速形成均相體係, 進而獲得孔徑均一、泡孔分布均勻的微孔塑料製品。 
剪切速率的增加提高了聚合物和氣體的混合程度, 泡孔分布變得均勻,泡孔密度增大。振動力場的引入顯著降低了PVC 的加工溫度, 提高了混合混煉的效果, 並改善了製品品質。動態剪切力場對微孔塑料氣泡成核的影響, 發現隨著振動力場振幅和振頻的增大, 泡孔密度增大, 泡孔直徑減小。 
近30 年來, 國內外學者對超臨界氣體發泡微孔塑料進行了大量研究, 初步建立了超臨界氣體發泡微孔塑料的理論體係, 研發了發泡微孔塑料的生產設備, 設計了相關的生產工藝, 並開發出種類繁多、應用於多個領域的微孔發泡材料製品。
隨著科技的發展, 對微孔塑料的性能必將提出更高的要求, 納米複合材料的微孔發泡、微孔泡沫材料的功能化及環保型可降解微孔塑料是未來微孔塑料發展的方向。但微孔塑料的研究仍遠未成熟, 相關的生產設備與生產工藝需要改進, 微孔發泡理論也亟待豐富和完善, 同時還需探索新穎的塑料微孔化方法, 擴大適於微孔化的塑料種類, 拓展微孔塑料的使用領域。
聚合物發泡是多學科交叉的領域, 涉及聚合物流變學、熱力學、物質傳輸與成核等多門學科, 需要多個領域專家通力合作以推動該領域不斷發展。
技術支持: 無錫中搜 江蘇草莓视频幸福宝下载网站下载ioses新材料科技有限公司 版權所有 聯係人:樂經理 手機:198 2707 1599 地址: 鹽城市鹽南高新區日月路19號裕新大廈301室(CND)備案號:蘇ICP備17054284