[發明專利]一種具有梯度孔結構的聚合物發泡材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910519300.3
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110204778B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 廖霞;陳佳;王偉;王圭;張遠;李光憲
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J9/34
• 分類號: C08J9/34;C08J9/12;C08L25/06;C08L23/08;C08L67/04;C08L33/12;C08L75/04;C08L69/00;C08L23/12
• 代理公司: 成都天既明專利代理事務所(特殊普通合伙) 51259
• 代理人: 李蜜

本發明提供了具有梯度孔結構的聚合物發泡材料的制備方法，步驟如下：(1)通過注塑成型制備聚合物坯體；(2)將聚合物坯體置于高壓容器中，通入氣體，控制高壓容器的壓力為1～30MPa、溫度為T，保溫保壓一段時間，通過卸壓法發泡；或者，將聚合物坯體置于高壓容器中，通入氣體，控制高壓容器的壓力為1～30MPa、溫度為0～40℃，保溫保壓一段時間，通過升溫法在溫度為T的條件下發泡；發泡后得到表層與內層具有不同的泡孔結構的梯度聚合物發泡材料。本發明提供的方法可在改善梯度聚合物多孔材料的力學性能的同時降低方法的控制難度和成本，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于聚合物泡沫材料領域，涉及具有梯度孔結構的聚合物發泡材料的制備方法。

背景技術

功能梯度材料(Functionally Gradient Materials，簡稱FGM)是指材料的組成和結構從某一方位向另一方位連續地變化，使材料的性能和功能也呈現梯度變化的一種新型的非均質功能復合材料。天然生物材料幾乎都具有梯度的結構和功能，如動植物的層片結構，竹子的纖維螺旋狀結構，人骨的啞鈴狀結構，皮膚的多層結構等，組織結構功能呈連續變化，可減小和克服由于結合部位性能不匹配造成的影響。1984年，由于航空航天技術的發展，需要材料承受很大的高溫及內外溫度差，日本學者首先提出了FGM的概念。由于FGM的材料組分具有在一定的空間方向上連續變化的特點，內部不存在明顯的界面，因此它能有效地克服傳統復合材料的不足。目前，FGM的應用已從航天領域擴大到核能源、電子、光學、化學、生物醫學工程以及汽車工業等領域。

梯度多孔材料是FGM的一個重要分支，材料中泡孔的尺寸和密度沿著一定方向呈現梯度變化。非對稱的泡孔結構賦予了梯度多孔材料卓越的力學性能、隔音及電磁屏蔽性能，相比于泡孔尺寸均勻的多孔材料，梯度多孔材料展現出了巨大的優勢。

目前，制備梯度聚合物多孔材料的主要方法包括：(1)層層疊加法，即將不同添加劑含量或不同組分比例的片狀聚合物材料有序層層堆疊熱壓制成復合材料，再結合發泡技術實現泡孔尺寸在厚度方向上的梯度變化。雖然該方法可以自由調整泡孔的梯度形式，但不足之處在于不同種類的聚合物之間、層與層之間難以完美拼合，存在界面以及粘接力較弱的部位，層與層的界面和粘接力弱的部位會影響聚合物發泡材料的性能，特別是會對力學性能帶來很不利的影響。采用該方法制備異形或形狀復雜的梯度聚合物多孔材料還存在著操作復雜，甚至是難以實現的缺點。此外，層層疊加法的勞動強度較高。(2)通過對飽和及發泡條件進行特殊的控制，使聚合物表面與內部的發泡劑溶解量不同，從而制備出泡孔尺寸在厚度方向上梯度變化的聚合物發泡材料。但是，該方法需要嚴格控制飽和及發泡過程的條件，需要對溫度、時間等進行十分精確的調控，因而對設備的要求很高，生產成本高，控制難度大，不適合規?；墓I生產。例如，CN102424706A公開了一種聚甲基丙烯酸甲酯泡孔梯度材料的制備方法，將裝有聚甲基丙烯酸甲酯的單向開口模具放入高壓釜中，控制高壓二氧化碳在聚甲基丙烯酸甲酯中定向吸附形成濃度梯度，保溫保壓后卸壓，冷卻至室溫即得。由于聚合物坯體本身是各向同性的，該方法需要嚴格控制飽和及發泡過程，控制難度大，例如，飽和時間過短只能在靠近模具開口端處的樣品中形成泡孔，飽和時間過長又會消除高壓二氧化碳的濃度梯度，無法得到梯度泡孔結構，同時飽和時間與溫度和壓力必須嚴格精確匹配，在實際生產中的可操作性不強。

發明內容

針對現有技術制備梯度聚合物多孔材料存在的不利于聚合物發泡材料的力學性的提升和不適合規模化工業生產的不足，本發明提供了一種具有梯度孔結構的聚合物發泡材料的制備方法，以在改善梯度聚合物多孔材料的力學性能的同時降低方法的控制難度和成本，從而有利于實現高品質梯度孔結構聚合物發泡材料的規?；a。

本發明提供的具有梯度孔結構的聚合物發泡材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將熱塑性聚合物或者熱塑性聚合物的共混物注塑成型制備成厚度不超過20mm的聚合物坯體；