微發泡聚合物材料的制備方法包括間歇法和連續法,王進等已作了詳細的綜述。兩類方法的基本原理是一致的,即經超臨界流體飽和的聚合物體系通過快速卸壓或者快速升溫進入熱力學不穩定狀態,從而誘導大量的氣核在聚合物基體中同時形成而得到微孔結構。本人對其基本過程總結如圖1 所示,可分為如下幾個階段:

1.形成聚合物/氣體飽和體系在一定的溫度和壓力下,采用適當方法使非反應性氣體(CO2 或N2 ) 溶解在聚合物中,形成均勻的聚合物P氣體飽和體系。氣體的溶解過程由擴散控制,與氣體的飽和濃度、氣體的壓力以及體系的溫度有關;

2.泡核形成通過壓力驟降或溫度驟升,使聚合物P氣體飽和體系迅速成為過飽和體系,進入熱力學不穩定狀態。聚合物和氣體的相分離在聚合物體系中引發成核。氣核大于某一臨界尺寸( r ) 才可能穩定存在。根據經典成核理論, r3由聚合物P氣體的界面張力(γ) 和用于飽和聚合物的氣體壓力(ΔP) 決定;

3.泡孔增長體系內的氣體擴散入泡核,使泡孔增長,體系的自由能持續降低。泡孔增長受允許增長時間、體系溫度、過飽和程度、體系應力狀態和黏彈性等的控制。泡孔增長往往伴隨著泡孔合并以及泡壁破裂過程。泡孔合并是指由于泡孔尺寸分布的不均勻,大尺寸泡孔融合周圍的小泡孔的現象。泡孔合并貫穿于泡孔增長的全過程,其產生原因是形成大尺寸泡孔有利于降低微發泡體系的不穩定狀態。而當泡壁無法承受相鄰泡孔增長所產生的雙向拉伸作用時便發生破裂,使相鄰的泡孔連在一起形成更大的泡孔。泡壁破裂一般發生在泡孔增長的后期,此時泡壁由于泡孔尺寸的增加變得很薄。文獻中把上述現象統稱為泡孔聚并,沒有嚴格加以區分;

4.泡孔結構定型泡孔在增長過程中,大量的氣體擴散到泡孔中或者逃逸出聚合物發泡體系,導致泡孔增長的驅動力不斷降低;同時,聚合物基體的剛性逐漸提高。這兩種作用均會抑制泡孔增長,使泡孔結構Z終固定下來。早期的研究主要關注聚合物微發泡材料制備過程的工藝參數,如飽和溫度、飽和壓力、飽和時間、發泡溫度、發泡時間、卸壓速率等對材料泡孔形態和力學性能的影響。近幾年,隨著人們對聚合物微發泡實驗研究和理論認識的不斷深入,更多的方法被用于改善微發泡聚合物材料的泡孔形態。文章來源于網絡

超臨界發泡設備