[發明專利]一種β晶聚丙烯拉伸膨脹材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110249094.2
• 申請日: 2011-08-26
• 公開（公告）號: CN102352069A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 蔣世春;李景慶;蔡紫薇;張耀;薛菲菲
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K5/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明涉及一種聚丙烯材料及其制備方法，更具體地說，涉及一種以聚丙烯為主體的拉脹材料及其制備方法。

背景技術

拉伸膨脹材料，或稱為負泊松比材料，有時簡稱為拉脹材料，是相對于一些通常已為人們所熟悉的普通材料而言的，如普通的橡皮材料，其泊松比(定義為負的橫向應變與軸向應變之比)約為1/2，在受到某一方向上的拉伸(或壓縮)時，這類普通材料會在與之垂直的方向上發生收縮(或膨脹)。拉伸膨脹材料則具有顯著不同或相反的特點，其泊松比為負值，在受到某一方向上的拉伸(或壓縮)時，會在與之垂直的方向上發生膨脹(或收縮)。

實際上，依彈性理論而言，各向同性材料的泊松比可介于-1和1/2之間，通常的材料一般具有接近1/3的泊松比，泊松比為負值的材料非常少見。最早于1987年，R.S.Lakes在Science上報道了一種具有拉伸膨脹特性的聚氨酯泡沫材料，隨后人們逐漸發現和發展了一些基于聚合物凝膠、聚合物分子結構、聚合物多孔結構及聚合物共混或復合結構的拉伸膨脹材料，以及一些具有拉伸膨脹特點的金屬材料(如鎘、砷等)和無機非金屬材料(如多晶α-方晶石、熱解石墨材料等)。國內如北京大學的魏高原、重慶大學的王萬錄、四川大學的楊鳴波等及其它一些單位的科研人員均在拉伸膨脹材料方面做了很多有價值的工作，并已經有一些綜述性的總結介紹。

目前已發現的拉伸膨脹材料涵蓋了聚合物材料、金屬材料和無機非金屬材料，但可以注意到，其所具有的拉伸膨脹的特點并不依賴于某種特定的材料在這三大材料中的歸屬，而與所具有的特殊結構有關。所述的特殊結構包括：

(1)屬于宏、介觀范疇的二維蜂窩結構、三圍泡沫結構及微多孔結構等凹角多孔格子結構。如R.S.Lakes在1987年報道的拉伸膨脹泡沫結構材料即為泊松比是-0.6的各向同性凹角多孔結構材料；采取特殊制備工藝可以制備出各向同性的泡沫銅材料，其泊松比約為-0.8；具有各向異性且泊松比取值范圍更寬的微格子泡沫材料，如泊松比為-1.24的微多孔聚乙烯材料，其拉伸膨脹特性可能與該微格子材料中微細絲纖維特殊翹起結構有關，這種結構有類似凹角多孔格子結構的特點。其它如經特殊方法得到的具有微孔聚四氟乙烯材料、微孔超高分子量聚乙烯材料等也屬于這一類拉伸膨脹材料。國內潘則林等以特殊泡沫結構的控制為核心，制備出了不同材質的這一類型的拉伸膨脹材料(ZL200510130683.3)。

(2)屬于介、微觀范疇的晶體結構。金屬材料、無機非金屬材料及聚合物材料都涉及晶體結構材料。基于體心立方或面心立方晶格變形時其構成原子間相互作用的特點，很多材料呈現出沿著晶面方向具有負泊松比的特點，進而宏觀上表現為拉伸膨脹材料。如鎘可在某一方向上表現出泊松比約為-0.4的性質，其它如砷、銻、鉍以及堿金屬、α-方晶石、熱解石墨、凝膠晶體、等離子晶體等材料都屬于這一類型的拉伸膨脹材料。關于上述這些金屬和無機非金屬拉伸膨脹材料，已經有很多文獻報道。關于聚合物類的晶體結構材料，其拉伸膨脹特性很少有報道，目前僅李良彬等報道了單軸拉伸等規聚丙烯高度取向的α晶的拉伸膨脹特性，并分析了其鉸鏈型子母晶的結構基礎。

(3)屬于介觀范疇的復合結構及聚合物共混結構。一些由各向異性纖維填充的復合材料，其在二維或三維方向上的力學性質各向同性，但具有多層次結構，內部容易形成橫截面為星形、具有內凹角的微孔結構單元，由此表現出拉伸膨脹特性。一些多層中空纖維填充增強的復合材料，當中空纖維填充量達到一定的體積分數時，該復合材料可表現為拉伸膨脹材料。魏高原等通過理論分析認為，在各向同性的球形包埋物也可具有負泊松比。楊鳴波等共混制備的特殊聚烯烴共混物(聚乙烯和聚丙烯共混物)，泊松比為-1.4，其拉伸膨脹特性被歸于共混物材料在拉伸過程中孔洞結構的形成，材料的模量和強度較一些多孔負泊松比材料有較大提高。傅增力等則報道過對聚丙烯/高密度聚乙烯、聚丙烯/高密度聚乙烯/SBS、聚丙烯/SBS的拉伸體積膨脹行為進行的研究，但沒有給出材料的負泊松比數據或典型的拉伸膨脹行為特性的證據，難以明確界定為典型的拉伸膨脹材料。

(4)屬于微觀范疇的特殊分子結構。如分子水平上的聚合物凝膠材料、聚合物液晶材料等具有該類型的結構。在分子水平上進行類似蜂窩狀內部凹陷結構的設計和構造，如以液晶聚合物為主鏈分子結構，同時以棒狀結構的分子單元為側鏈，可實現材料的拉伸膨脹性能的設計和構造。

(5)其它特定結構。拉伸膨脹材料還可能具有一些其它的特定結構基礎。