[發(fā)明專(zhuān)利]一種聚合物基密度梯度泡沫材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710533332.X
• 申請(qǐng)日: 2017-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107283709B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張聯(lián)盟;張睿智;羅國(guó)強(qiáng);熊遠(yuǎn)祿;沈強(qiáng);張建;王傳彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B29C44/04
• 分類(lèi)號(hào): B29C44/04;B29C44/34;B29C44/60;B29B11/14;B29K23/00;B29K25/00;B29K505/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

本發(fā)明是一種聚合物基密度梯度泡沫材料的制備方法，具體是：先將微米金屬粒子與聚合物的混合體系經(jīng)高溫密煉混合，得到不同密度復(fù)合材料熔融物；后分別上述熔融物在高溫下熔融熱壓，得到密度梯度復(fù)合材料；最后將此密度梯度復(fù)合材料經(jīng)超臨界二氧化碳發(fā)泡得到聚合物基密度梯度泡沫材料。本發(fā)明采用疊層熱壓工藝結(jié)合超臨界二氧化碳發(fā)泡技術(shù)制備聚合物基密度梯度泡沫材料，該材料的密度范圍可在0.2～1.96g/cm³范圍內(nèi)可調(diào)，且試樣的密度在不同位置處呈現(xiàn)梯度變化；該材料的直徑在微米量級(jí)，具有良好的尺寸穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)可控性和較高的力學(xué)強(qiáng)度，在緩沖包裝、沖擊防護(hù)、航空航天、交通運(yùn)輸、建筑節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種聚合物基密度梯度泡沫材料的制備方法。

背景技術(shù)

密度梯度泡沫材料是指材料的密度隨材料的位置由某一方位向另一方位連續(xù)地變化或階梯變化，因此材料的性能也呈梯度變化。它具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，抗熱沖擊，耐高溫等優(yōu)異的性能，因而引起許多研究者的關(guān)注和重視。研究最早的是金屬/氧化物體系的密度梯度泡沫材料。

近些年，針對(duì)不同體系的梯度復(fù)合材料，已經(jīng)涌現(xiàn)出多種制備方法，如疊層燒結(jié)法、粘結(jié)法、自蔓延高溫合成法、激光加熱合成法、溫度梯度燒結(jié)法、顆粒共沉降法、氣相沉積法等。對(duì)于聚合物體系的梯度復(fù)合材料，通常采用粘接的方法，制備出具有疊層結(jié)構(gòu)的聚合物基密度梯度泡沫材料，以實(shí)現(xiàn)低孔隙率向高孔隙率的過(guò)渡。這種疊層型密度梯度泡沫材料在粘接界面處存在致密粘結(jié)層，使其組成和孔隙率的連續(xù)性變化遭到破壞。此外，由于低密度泡沫材料具有薄壁結(jié)構(gòu)，當(dāng)施加壓力粘結(jié)時(shí)，也很容易引發(fā)泡孔坍塌。本專(zhuān)利將不同的復(fù)合材料熔融熱壓到一起，并采用超臨界二氧化碳發(fā)泡技術(shù)，將氣相穩(wěn)定的引入聚合物基體中，因不同含量微米金屬粒子的混合體系對(duì)二氧化碳的吸附量不同，形成二氧化碳在梯度復(fù)合材料中的濃度變化，再通過(guò)調(diào)控發(fā)泡溫度和壓力制備出無(wú)粘接層的聚合物基密度梯度泡沫材料。

超臨界二氧化碳發(fā)泡技術(shù)，是以超臨界二氧化碳為發(fā)泡劑的一種新型物理發(fā)泡技術(shù)，它是通過(guò)快速泄壓或者快速升溫的方法使超臨界二氧化碳飽和的聚合物體系進(jìn)入熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，誘導(dǎo)大量氣核在聚合物基體中同時(shí)形成微孔結(jié)構(gòu)，并迅速降溫得到的高孔隙率的聚合物泡沫材料。這種聚合物泡沫材料具有較小的泡孔尺寸(0.1～10μm)和較高的泡孔密度(10⁸～10¹²cells/cm³)，因此具有較高的比強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。對(duì)于超臨界流體發(fā)泡技術(shù)而言，它滿足成核生長(zhǎng)理論，而通過(guò)引入微米金屬粒子異相界面可降低成核勢(shì)壘，增加成核點(diǎn)和提高成核效率，使制備出來(lái)的泡沫具有更小的泡孔尺寸和更高的泡孔密度，有利于提高力學(xué)強(qiáng)度。同時(shí)，不同尺度和性質(zhì)的粒子對(duì)聚合物的異相成核效率影響不同，有利于形成梯度變化的泡孔結(jié)構(gòu)，因此可通過(guò)改進(jìn)材料設(shè)計(jì)提高力學(xué)性能。

對(duì)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利與文獻(xiàn)的查新結(jié)果表明：中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN103302861A報(bào)道了一種聚甲基丙烯酸甲酯基泡孔梯度材料的制備方法，該方法采用低含量的CNTs或者Ag納米粒子作為聚甲基丙烯酸甲酯的填料，可以調(diào)控泡孔直徑，但是每一層的密度差異小，無(wú)法制備出密度梯度的泡沫材料，此外本專(zhuān)利中由于摻雜高含量金屬粒子后，PMMA基體的粘性增強(qiáng)，流動(dòng)性變差，因此在密煉混合工藝中需要低轉(zhuǎn)速(20～40rpm)和相對(duì)高溫(220～230℃)才能將金屬粒子均勻分散在基體中，這部分與該專(zhuān)利不同。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聚合物基密度梯度泡沫材料的方法，所制備的材料具有密度低、孔隙率高、尺寸穩(wěn)定、強(qiáng)度高等性質(zhì)，且泡孔結(jié)構(gòu)從上到下隨疊層梯度變化，且梯度泡孔結(jié)構(gòu)和密度可設(shè)計(jì)和控制。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的聚合物基密度梯度泡沫材料的制備方法，包含以下步驟：

(1)分別將不同種類(lèi)、不同含量的微米金屬粒子與聚合物的混合體系經(jīng)高溫密煉混合，得到聚合物基復(fù)合材料熔融物；