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较高注射速度下微孔注塑发泡电器盒子的泡孔结构和翘曲

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高分子学报 2019年第8期50卷 850-856页

作者：郭凯强黄汉雄华南理工大学工业装备与控制工程系广东省高分子先进制造技术及装备重点实验室

采用以超临界氮气为物理发泡剂的微孔注塑发泡技术,成型聚丙烯(PP)电器盒子,定量研究2种较高注射速度(250和290 mm/s)对盒子泡孔结构、未发泡皮层厚度和翘曲的影响,根据数值模拟所得模腔厚度上温度、剪切速率、黏度和压力的分布,分析盒... 详细信息

采用以超临界氮气为物理发泡剂的微孔注塑发泡技术,成型聚丙烯(PP)电器盒子,定量研究2种较高注射速度(250和290 mm/s)对盒子泡孔结构、未发泡皮层厚度和翘曲的影响,根据数值模拟所得模腔厚度上温度、剪切速率、黏度和压力的分布,分析盒子泡孔结构和皮层的形成机理.结果表明,PP盒子壁内芯层形成了直径较小(小于90μm)的微孔,这主要归因于较高注射速度使模腔内熔体的压降速率和剪切速率提高,促进泡孔的成核.较高剪切应力和较低熔体温度的综合作用,使得靠近皮层处形成形状较规则的小泡孔区(直径小于20μm).研究发现,盒子侧壁沿充模方向,泡孔的密度与平均直径之间服从指数规律,皮层厚度近似线性地增加,后者归因于相应的表面温度近似线性地降低.注射速度由250 mm/s提高至290 mm/s时,盒子开口端的翘曲有所减小.研究表明较致密均匀的泡孔结构和较薄的皮层有助于减小微孔注塑制品的翘曲.

关键词：微孔注塑超临界流体发泡注射速度聚丙烯泡孔结构翘曲变形

模腔温度对注塑微孔发泡POM盖板泡孔结构和表面质量的影响

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高分子学报 2016年第7期26卷 903-909页

作者：黄汉雄杨杏肖成龙华南理工大学塑料橡胶装备及智能化研究中心广州510640

研发一种包含电加热和水冷却的快速热循环成型技术,以改善采用超临界氮气为物理发泡剂的注塑微孔发泡聚甲醛(POM)盖板的表面质量.通过优化设计,整个模具型腔表面的温度均匀性得到明显改善.定量研究模腔表面温度(T_M)对注塑微孔发泡POM... 详细信息

研发一种包含电加热和水冷却的快速热循环成型技术,以改善采用超临界氮气为物理发泡剂的注塑微孔发泡聚甲醛(POM)盖板的表面质量.通过优化设计,整个模具型腔表面的温度均匀性得到明显改善.定量研究模腔表面温度(T_M)对注塑微孔发泡POM盖板的泡孔结构和表面质量的影响,并分析相关的机理.结果表明,提高T_M可减小微孔发泡POM盖板的未发泡皮层厚度,但使其泡孔的直径少量增加、分布均匀性降低.使T_M从40提高至150℃可明显改善微孔发泡POM盖板的表面质量、减小表面粗糙度达85%,而不会明显增加成型周期.T_M取150℃时可消除常规注塑微孔发泡存在的制品表面缺陷.T_M要适当高(约130℃)以在改善微孔发泡POM盖板表面质量的同时保持良好的泡孔结构.

关键词：微孔注塑超临界流体发泡模腔表面温度聚甲醛泡孔结构表面质量

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特种工程塑料泡沫研究进展

塑料 2020年第4期49卷 105-110页

作者：秦菁祈青雷雅杰罗世凯中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621900 成都理工大学材料与化学化工学院四川成都610051

特种工程塑料具有高强度、高模量、耐高温等优异的综合性能,但该类材料的加工温度过高,导致其基本无法采用传统的发泡工艺对其进行发泡,而超临界流体发泡技术为制备特种工程塑料泡沫提供了可能。首先,对超临界流体发泡技术的原理、成型... 详细信息

特种工程塑料具有高强度、高模量、耐高温等优异的综合性能,但该类材料的加工温度过高,导致其基本无法采用传统的发泡工艺对其进行发泡,而超临界流体发泡技术为制备特种工程塑料泡沫提供了可能。首先,对超临界流体发泡技术的原理、成型方式以及发展现状进行了介绍,然后综述了超临界流体发泡技术在制备特种工程塑料泡沫方面的研究进展,其中,重点阐述了几种典型的聚芳醚类特种工程塑料微孔泡沫的制备,泡孔结构的调控方法及其性能的研究。最后,对特种工程塑料泡沫的发展现状进行了总结,并有针对性地提出了目前特种工程塑料发泡方法在材料设计、设备研发、过程控制方面亟待解决的问题。

关键词：超临界流体发泡特种工程塑料泡沫结构性能

聚合物基纳米复合材料的制备方法及其微孔材料导电性能的研究

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塑料工业 2022年第9期50卷 126-131页

作者：柳晶敏王建康刘子畅天津科技大学机械工程学院天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室天津300222 天津多态混机械设备有限公司天津300222

提出了一种可以连续制备聚合物/高质量分数纳米纤维复合材料的方法,先利用挤条机、滚圆机制得聚合物/纳米纤维的混合颗粒,再利用熔融挤出,制得高质量分数的聚合物/纳米纤维复合材料。利用此法制备了热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/碳纤维(CF)... 详细信息

提出了一种可以连续制备聚合物/高质量分数纳米纤维复合材料的方法,先利用挤条机、滚圆机制得聚合物/纳米纤维的混合颗粒,再利用熔融挤出,制得高质量分数的聚合物/纳米纤维复合材料。利用此法制备了热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/碳纤维(CF)复合材料,并对其进行超临界流体辅助发泡及性能测试。结果显示,CF加入会一定程度降低材料的力学性能,其中CF的质量分数为20%时,拉伸强度和断裂伸长率最大,分别为7.97 MPa和91%;TPU/CF复合材料的导电逾渗阈值介于25%~30%之间,CF质量分数为30%时体积电阻率为6.5×10^(7)Ω·mm,比25%的下降了3个数量级;随着发泡后的收缩现象,复合材料的电阻率呈先上升后下降的趋势。

关键词：复合材料碳纤维热塑性聚氨酯弹性体体积电阻率超临界流体发泡

泡沫/实体交替层状硅橡胶材料的构筑与力学性能

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合成橡胶工业 2020年第3期43卷 203-209页

作者：张文焕邓昭平秦菁刘涛罗世凯成都理工大学材料与化学化工学院成都610059 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621900

使用羟基硅油作为结构控制剂调节硅橡胶的弹塑性,并采用超临界二氧化碳发泡构筑了泡沫/实体交替层状硅橡胶材料,对该材料的泡孔结构和层结构进行了表征,研究了泡沫/实体交替层状结构对硅橡胶泡沫力学性能的影响。结果表明,当硅橡胶中羟... 详细信息

使用羟基硅油作为结构控制剂调节硅橡胶的弹塑性,并采用超临界二氧化碳发泡构筑了泡沫/实体交替层状硅橡胶材料,对该材料的泡孔结构和层结构进行了表征,研究了泡沫/实体交替层状结构对硅橡胶泡沫力学性能的影响。结果表明,当硅橡胶中羟基硅油含量为1份(质量,下同)(实体层)、7份(泡沫层)时,制备出泡沫/实体交替层状硅橡胶材料,该材料较普通硅橡胶泡沫具有更小的泡孔尺寸(2.3μm),其泡沫层具有更高的泡孔密度(1.44×10^10个/cm^3)、更高的拉伸强度(5.09 MPa)和更好的抗压缩性能。

关键词：硅橡胶羟基硅油交替层状结构超临界流体发泡力学性能

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热塑性聚氨酯微孔发泡材料的制备及性能研究

热塑性聚氨酯微孔发泡材料的制备及性能研究

作者：庄会通宁波大学

学位级别：硕士

聚合物泡沫因其轻质、隔音、吸能、缓冲等独特优势而广泛应用于日用品、包装、汽车、电信、建筑、航空航天、军工等诸多领域。大规模生产具有可控多孔结构、微纳米尺度特征和高性能的聚合物泡沫是该领域的热门话题和巨大挑战。通常,sc C... 详细信息

聚合物泡沫因其轻质、隔音、吸能、缓冲等独特优势而广泛应用于日用品、包装、汽车、电信、建筑、航空航天、军工等诸多领域。大规模生产具有可控多孔结构、微纳米尺度特征和高性能的聚合物泡沫是该领域的热门话题和巨大挑战。通常,sc CO发泡产生的泡孔形状为圆形或多边形,泡孔表面光滑,泡孔尺寸可控制在几微米到几十微米的范围内。为了开发具有优异性能的功能性聚合物/聚合物复合泡沫,降低泡沫发泡后的收缩率,片材热塑性聚氨酯（TPU）作为一种低成本、力学性能优良的聚合物,有望在发泡材料被广泛应用。但是,目前TPU泡沫的发泡后发泡倍率较低,发泡后收缩率过高,影响其实际应用。基于以上问题和分析,本文将TPU进行微交联,用超临界二氧化碳发泡技术发泡,利用扩链剂含量的不同研究TPU的各项性能和发泡行为,以优化TPU的发泡性能,具体工作如下。（1）使用扩链剂与TPU交联得到微交联TPU,使用超临界二氧化碳模压发泡技术制备了微交联TPU泡沫。系统研究了TPU性能和扩链剂含量之间的关系,结果表明,扩链剂当中的环氧基团能够与TPU链结构中的端羟基发生交联反应,使得TPU的结晶度有所降低,压缩模量有很大提升,通过对微交联TPU泡沫的泡孔形貌和泡孔结构参数进行统计分析,我们认为在发泡过程中,扩链剂不仅会增强聚合物的熔体强度,同时也会交联点也会成为成核位点,最终的泡孔形貌同时受到这两种作用的影响。其中,当扩链剂含量为5 wt%时,两种作用的偶合结果最有利于提升TPU的发泡性能。（2）为了进一步降低TPU发泡后的收缩率,采用超临界二氧化碳和超临界氮气混合间歇发泡的方法来制备TPU泡沫。主要探究了二氧化碳和氮气在聚合物中的溶解度及混合气体发泡后对TPU发泡行为的影响。热实验表明,二氧化碳和氮气在TPU中的溶解度差别较大,相差一个数量级左右。如果只用氮气发泡,发泡也达不到预期理想的结果。在对TPU的发泡收缩行为进行研究后发现,利用混合气体发泡得到的泡沫收缩率要比用纯二氧化碳发泡得到的泡沫收缩率低10%—15%左右,混合气体发泡很好的抑制了泡沫的收缩。经过对TPU泡沫的微观形貌进行统计分析,我们发现当使用10 MPa CO—10 MPa N发泡时,泡孔密度较纯CO发泡得到的泡沫有所提高,而平均孔径大幅降低,说明混合气体发泡能够优化泡孔结构。（3）在本研究中,采用超临界CO进行发泡,成功制备了TPU/乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（E-MA-GMA）/聚四氟乙烯（PTFE）复合材料,得到了具有双峰泡孔结构的TPU复合材料泡沫。通过WAXD测试,PTFE可以发挥异相成核的作用,随着PTFE含量的增加,聚四氟乙烯成分的结晶增加。这些结果表明样品没有发生共结晶。通过DMA测得复合材料的储能模量有所增加。通过接触角测量可知,加入聚四氟乙烯之后,TPU复合材料的疏水性能增强。在发泡过程中PTFE由于其高吸附性将首先成核并生长,从而形成大泡孔,而TPU相形成小泡孔,从中制备出双峰泡孔结构。发泡压力对泡沫的结构有显著影响。本文将TPU进行微交联,用超临界二氧化碳发泡技术发泡,TPU的发泡倍率有所增加,压缩强度也有所提高。通过混合气体发泡,进一步研究了TPU泡沫的尺寸稳定性问题,研究发现,混合气体中氮气含量达到一定比例时,提升了TPU泡沫的尺寸稳定性。通过在TPU中加入PTFE和E-MA-GMA,得到了双峰泡沫,有利于泡沫在隔音领域的应用。

关键词：泡沫材料超临界流体发泡热塑性聚氨酯收缩率扩链剂

TPU/CNTs多层交替层状泡沫的制备及传感性能研究

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TPU/CNTs多层交替层状泡沫的制备及传感性能研究

作者：宋耀福建工程学院

学位级别：硕士

随着柔性电子技术的不断进步和发展,柔性应变传感器已成为备受关注的研究领域之一。一般来说,为了实现广泛的检测范围,柔性应变传感器需要在弹性导电聚合物复合材料(ECPC)中加入较高的导电填料负载,但这会引起传感器的机械性能下降和灵... 详细信息

随着柔性电子技术的不断进步和发展,柔性应变传感器已成为备受关注的研究领域之一。一般来说,为了实现广泛的检测范围,柔性应变传感器需要在弹性导电聚合物复合材料(ECPC)中加入较高的导电填料负载,但这会引起传感器的机械性能下降和灵敏度较低的问题,使其无法满足人体检测的需求。因此,如何在低导电填料负载下实现宽检测范围和高灵敏度的应变传感器成为当前研究的关键问题。针对以上问题,本论文提出了一种具有层状和双峰泡孔结构的柔性应变传感器,该传感器可以实现在低比例导电填料下的同时具有高灵敏度和宽的传感范围。本论文围绕该传感器的制备及传感性能展开研究,具体研究内容如下:(1)鉴于层状泡孔结构的聚合物泡沫易出现分层现象,且制备工艺对泡孔形态具有重要影响。因此,本章制备了单一热塑性聚氨酯(TPU)的层状泡沫,并详细研究了层叠热压和发泡工艺参数对泡孔结构的影响,为后续的实验提供基础。研究结果表明,最佳的层叠热压工艺参数为170℃和10 MPa。TPU层状泡沫随着发泡温度的增加,泡孔直径增加,泡孔密度减小。随着发泡压力的升高,泡孔直径减小,泡孔密度增加。成功制备了具有多层、连续泡孔结构的层状泡沫(FTPU-L TP)。(2)本章在之前的研究基础上,通过将碳纳米管(CNTs)添加到TPU中,制备了具有交替层状和双峰泡孔结构的TPU/CNTs柔性应变传感器。详细研究了层数和泡孔结构对传感器灵敏度的影响,并对其传感性能和在人体检测中的应用进行了表征。实验结果表明,夹层和双峰泡孔结构的构建有效提高了传感器的灵敏度,并显著降低了导电填料的含量。其中,FTPU-C3-L TP传感器具有最好的灵敏度(101),并且具有优异的拉伸性、宽广的传感范围(150%)、快速的响应时间(<200 ms)和优异的稳定性(1000次循环,30%应变)。此外,该传感器还适用于广泛的人体运动检测,如面部表情和小手臂肌肉收缩等。(3)为了进一步提高传感器的灵敏度,本章在TPU/CNTs复合材料中添加了炭黑(CB),制备了具有交替层状泡沫结构的TPU/CNTs/CB应变传感器。研究了CNTs和CB含量占比对传感器灵敏度的影响,并对其传感性能和在人体检测中的应用进行了表征。研究结果表明,CB和CNTs的协同作用进一步提高了柔性应变传感器的灵敏度。其中,FTPU-CNT/CB传感器具有最好的灵敏度(157),并且具有快速的响应时间(175 ms)、优异的拉伸性和稳定性(1000次循环,30%应变)。此外,该传感器还适用于广泛的人体运动检测。

关键词：柔性应变传感器交替层状结构双峰泡孔结构超临界流体发泡

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多孔结构的聚合物导电材料的制备及性能研究

多孔结构的聚合物导电材料的制备及性能研究

作者：柳晶敏天津科技大学

学位级别：硕士

聚合物基导电复合材料既有聚合物的易成型、低密度、可穿戴等特点,又有导电填料的高导电、导热等特性,近年来在电磁屏蔽、超级电容器、生物医药、智能穿戴等领域受到人们的广泛重视。其中作为基体的聚合物材料和作为填料的导电材料有很... 详细信息

聚合物基导电复合材料既有聚合物的易成型、低密度、可穿戴等特点,又有导电填料的高导电、导热等特性,近年来在电磁屏蔽、超级电容器、生物医药、智能穿戴等领域受到人们的广泛重视。其中作为基体的聚合物材料和作为填料的导电材料有很多种选择,前者包括热塑性聚氨酯(TPU)、硅胶、聚乙烯等,后者包括碳纤维(CF)、多壁碳纳米管、纳米银等材料,本文主要研究的是基于TPU和CF为原材料,并通过超临界二氧化碳发泡技术制备多孔结构的导电复合材料。具体的研究内容如下所示:设计了一个用于加工TPU/CF导电复合材料的热压实验台。首先通过三维建模软件Solidworks进行零件设计和整体结构的组装,并使用仿真软件Ansys对所有设计的零件进行静力学仿真分析后,导出CAD图纸进行后续加工。提出了一种可以连续制备聚合物/高质量分数纳米纤维复合材料的方法,先利用挤条机、滚圆机制得聚合物/纳米纤维的混合颗粒,再利用熔融挤出,制得高质量分数的聚合物/纳米纤维复合材料。并通过此工艺制备得到了高CF质量分数的TPU/CF复合材料,并对其进行了性能测试。结果显示,随着CF质量分数的增加,TPU/CF复合材料熔融指数会有所降低;同时CF的加入可以提高复合材料的拉伸强度,但也会降低材料的断裂伸长率,其中CF的质量分数为20%时,拉伸强度和断裂伸长率最大,分别为7.97 MPa和91%;TPU/CF复合材料的导电逾渗阈值介于25%～30%之间,CF质量分数为30%时电阻率为428.7Ω·mm,比25%的下降了7个数量级,达到了导体级别。研究了经过超临界二氧化碳发泡后的多孔结构的TPU/CF导电复合材料的性能。结果发现,发泡后的TPU/CF复合材料随着收缩回弹现象的发生,其电阻率会随着其体积膨胀比的变化呈上升后下降的趋势;对于CF质量分数小于导电逾渗值30%的TPU/CF复合材料,发泡后的TPU/CF复合材料电阻率与未发泡时相比会下降,其中CF质量分数为25%时的降幅最大,为47.8%;对于CF质量分数达到导电逾渗值的,发泡后的TPU/CF复合材料电阻率变化不大,发泡对其影响较小。

关键词：导电复合材料碳纤维热塑性聚氨酯弹性体超临界流体发泡