微孔发泡材料体系及挤出发泡(华南理工大学彭响方)20161112
PP／PDMS共混物连续挤出发泡成型研究
ｐｏｅ ｈ ｘ ａ ｓ ｎｒｔ ｆ Ｐｆａ ｄｓｍ ｌｓ ｔ ｉ ｅ ａ ｉｇ（ ｔ ａ ｄ７ｗ％ ） ｆｏｍ ｎ ｇｎ．Ｆ ｒ ｒｖｄｔｅｅｐ ｎｉ ａ ｏ ｍｅ ａ ｐｅ ａ ｈｇ ｒｏｄｎ ５ｗ ％ ｎ ｔ ｏ ａ ｉｇａｅ ｔ ｏ ｏ ｉｏ Ｐ ｏ ｈ ｌ ｆ
（ ｅ ａ ｏａ ｒ ｏ Ｐ ｌ ｅ ｒｃ ｓｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｋ ｙ Ｌ ｂ ｒｔ ｙ ｆ ｏ ｍ ｒＰｏ ｅｓ ｇ Ｅ ｇ ｅｉ ，Ｍｉｉ ｒ ｆ ｄ ｃ ｔ ｎ ｏ ｙ ｎ ｎ ｎ ｎｓ ｏ ｕ ａ ｏ ，Ｎ ｔ ｎ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇＲ ｓａｃ ｅ ｔ ｔ ｙ Ｅ ｉ ａ ｏ ａ Ｅ ｇ ｅ ｎ ｅｅ ｒｈＣ ｎ ｒ ｉ ｎ ｉ ｅ
ｏ Ｎ ｖｌ ｑｉｍ ｎ ｒＰｌｍ ｒ ｒｃｓｉｇ ｏｔ ｈｎ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｇ ａｇｈ ｕ５０ ４ ，Ｃ ｉａ ｆ ｏｅ Ｅ ｕｐ ｅｔ ｏ ｏｙ ｅ Ｐｏｅｓ ，ＳｕｈＣ ｉａＵ ｉｅ ｔ ｏ Ｔ ｃｎｌ ｙ ｕ ｎｚｏ １６ ０ ｈ ） ｆ ｎ ｓｙ ｏ ｎ
ｔ ｅ ｔ ｏ ｅ ｎ ｎ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ ｍ ｅ ｐ ｎｓｏ ｒ ｔ ｈ ｗｏ ｇ ｖ ｒ ｉ ｇ ｆ ｃｏ ｓ ｆ ｆａ ｘ ａ ｉｎ ａ ｉ Ａｇ ｉ ｏ． ａｎ， ｒ ｓ ａ ｃ ａｓ ｈ ｗｅ ｔ ｄ ｉ ｏ ｏ ｅ ｅ ｒｈ ｌｏ ｓ ｏ ｄ ｈｅ ａ ｄ ｔ ｎ ｆ ＰＤＭＳ ｉ ｉ ｍ—
发泡样 品的最终膨胀率对 温度 的关 系呈 现一 种山峰状 分布 ，说 明了高温下的气体散失及低温下熔体 的硬化结 晶是影响 发泡样 品膨胀率 的两个 因素 。研究还发现 ，发泡剂用 量较 高 （ 质量分 数为 ５ 和 ７ ）时 ，Ｐ ＭＳ的加入 能大大 提高 ％ ％ Ｄ
Ｐ Ｐ发 泡 样 品 的膨 胀 率 ，对 于 质 量 比为 ９ ／／ ８ １ １的 Ｐ ／ ＰｇＭＡ ／ Ｄ 共 混 物 ，当 发 泡 剂 用 量 为 ５ 时 得 到 了最 高 膨 胀 Ｐ Ｐ —— Ｈ Ｐ ＭＳ ％ 率接近 ２ ３倍 的发 泡 样 品 。 关 键 词 ：聚 丙 烯 ；聚 二 甲基 硅 氧 烷 ；挤 出 发 泡 ；超 临 界 二 氧 化 碳 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ ５ １ Ｑ ２ ． ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ５ ７ （ ０ ０ Ｓ ０ ９ ０ ０ ５— ７０ ２ １ ） Ｏ一 ０ ０— ５
微孔发泡材料体系及挤出发泡 华南理工大学彭响方
分子链在发泡过程中的取向示意图
实验结果表明： 泡孔取向后的发泡材料力学性能优于普通发
泡材料。原因有： 取向发泡材料断裂面处的固体面积更多 在垂直于取向方向上可以增加裂纹传播的
能量 泡孔的取向可以促进分子链的取向
➢在工程塑料上的研究
五大工程塑料主要包括：
聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、 聚苯醚（PPO）和热塑性聚酯（PET，PBT）。
熔体强度 气体的溶解量 发泡温度及压力 成核剂种类及用量 降压速率等
泡孔长大
泡孔核
泡孔
微孔塑料泡孔成核与长大机理
➢ 泡孔合并 泡孔合并是指相邻的两个或几个泡孔在泡孔壁接触以后持续长大，泡孔壁开
始破裂融合成为一个大泡孔的情况。在生产闭孔结构的微孔材料时，泡孔合并 现象是应该尽力避免的。
➢ 泡孔开孔 微孔泡沫塑料根据泡孔连通性的不同，可以分为开孔型和闭孔型。闭孔型微
注塑发泡成型
微孔发泡注射成型工艺示意图
聚合物从加料口加入注塑螺杆之后，在螺杆压缩和塑化作用下，超临界 气体发泡剂扩散进入聚合物熔体中，形成气体/熔体均相体系(在螺杆前 段配以静态混合器)
聚合物熔体/气体均相体系随后被输送至储料室中，通过外部加热使体系 的温度升高，气体在聚合物熔体中的溶解度将下降，引发热力学不稳定 状态，从而引发气泡成核
卷取装置
连续挤出发泡成型
离模吹胀装置
注气装置 自动加料装置
发泡片材挤出机，由龙口市天海精密机械设备有限公司提供图片
挤出发泡成型实现了连续生产过程，生产效率高，可实现工业化应用。 近几十年来，连续挤出发泡成型就成为微孔发泡成型工艺的研究重点， 上世纪九十年代初，C.B. Park等成功开发了连续挤出发泡成型机械，从 而大大提高了生产效率，实现了微孔塑料的工业化生产目标。
微孔塑料挤出发泡的冷却方式研究
Ｓ ｔ ｕｄ ｙ Ｏｎ Ｃｏ ｏ ｌ ｉ ｎｇ Ｗａ ｙ ｓ Ｏｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕｌ ａ ｒ Ｐｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｅｘ ｔ ｒ ｕｓ ｉ ｏ ｎ Ｆｏ ａ ｍｉ ｎ ｇ
ＸＩ ＯＮＧ Ｐｅ ｎ ｇ， ＨＵＡＮＧ Ｘｉ ｎ ｇ — ｙ ｕ ａ ｎ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｈｅ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ， ＬＩ Ｍｅ ｎ ｇ — ｓ ｈ ａ ｎ
随 振 幅和振 频 的增加 而减 小 ，泡 孔密度 随 振 幅和振 频
１ ９ ８ １ 年 首 先 提 出 了微 孑 Ｌ 塑 料 的 概 念 和 制 备 方 法 ｊ 。 微孔 塑料 的冲击 强 度 比发 泡前 提 高 ５倍 以上 ，刚性／ 质量 比可 以提高 ５～ ７倍 ；微 孔 塑 料 使 用 物 理 发 泡 剂 （ Ｃ Ｏ ： 、Ｎ ） ，可应 用 于食 品包 装 和医药 领域 。 塑 料连续 挤 出成 型 工 艺 比较 简 单 ，生 产效 率高 ，
泡孔 能钝 化塑 料 中存在 的裂纹 的尖 端 ，阻止 裂纹 的扩
展 ，从 而 提 高 塑 料 的 性 能 。美 国麻 省 理 工 学 院 于
验结 果 比较 吻 合 。周 南 桥 等 将 振 动 力 场 引 入 到 微 孔 塑料发 泡 成型 中 ，实验 发现 施加 振 动后 ，泡 孔直 径
个／ ｃ ｍ 的塑料 。 对 于微 孔 塑料 连续 挤 出发 泡 成 型 中 的关 键 步 骤 ，
聚合物熔体／ 气体均相体系 的形成和气泡成核及 长大
两个 步骤研 究 的 比较多 ，而对 于 同时微 孔塑 料连 续挤 出发 泡成 型 的关键 步骤 中泡孑 Ｌ 大小 的控 制 的研究 鲜 见 报道 。控 制泡 孔 的大小 一般 采用 冷 却 固化 的方式 。本 文介 绍两 种通 过水 冷控 制 泡孑 Ｌ 大小 的方 式 ，并 通过 挤 出发 泡 实验发 现 这两种 泡 孔控 制方 式存 在 的 问题并 进
彭响方
姓名：彭响方性别：男出生年月：1966年职称：教授学院：机械与汽车工程学院最后学历：博士主要研究方向：基于计算机仿真的机械模具创新设计、高分子材料成型机械设计与理论彭响方，男，1966年生；博士、教授、日本Yamagata University博士后；机械设计及理论专业“硕士生导师”,材料加工工程专业“博士生导师”。
现任机械与汽车工程学院副院长、聚合物成型加工工程教育部重点实验室副主任。
学术经历：2003－现在华南理工大学机械与汽车工程学院、聚合物新型成型装备国家工程研究中心，教授2001－2002年日本山形大学高分子材料科学与工程系VBL实验室，博士后研究员2000年四川大学高分子材料工程国家重点实验室访问学者1995－1998年华南理工大学高分子材料成型加工专业博士学位1992－1995年华南理工大学轻工机械专业硕士学位1984－1989年同济大学工程机械专业学士学位招生信息：招生专业：机械设计及理论研究方向：高分子材料成型机械设计与理论、基于计算机仿真的机械模具创新设计。
招生人数：1人［2010年］研究内容：(1)基于聚合物动态成型加工新技术的先进软件(CAD/CAE)应用研究；(2)塑料加工模具或机头中熔体流动的数字图像可视化技术及计算机模拟仿真研究；(3)成型加工过程中的高分子物理化学问题研究(结构、形态及相态演变机理研究)；(4)先进高分子材料制备、成型与加工(聚合物基纳米复合材料和微孔发泡塑料等)；(5)高分子成型加工机械及模具创新设计(精密塑件成型机械及其模具计算机辅助设计)。
工作经历：1998年以来历任华南理工大学工业装备与控制工程学院讲师、副教授、教授，聚合物新型成型装备国家工程研究中心实验室副主任、材料成型及控制工程研究所副所长。
现任机械与汽车工程学院副院长、聚合物成型加工工程教育部重点实验室副主任。
广东省“千百十人才工程”培养对象、教育部高等学校骨干教师；教育部“优秀青年教师资助计划”、教育部“新世纪人才支持计划”获得者。
聚丙烯片材挤出发泡工艺及发泡体系研究
低 ｆ． ０ｇｃ ）片 材 表 面 光 滑平 整 ， 出 发 泡 效 果 最 好 。 ０４ ／ｍ３． ５ 挤 关键 词 ： 聚丙 烯 挤 出发 泡 熔 体 强 度
随着 国外高熔 体强度 聚丙烯 （ ＭＳ Ｐ 的开发 Ｈ Ｐ）
成 功 ，Ｐ在 发 泡 方 面 的 应 用 得 到 迅 速 发 展 。 Ｓ Ｐ Ｐ ＨＭ Ｐ 主 要 通 过 装 置 聚合 、 应 挤 和共 混 改 性 获 得 。 反 本
熔 体 流 动 速 率 （ Ｒ） Ｇ ／ ６ ２ ２ ０ ＭＦ 按 ＢＴ３ ８ － ０ ０测 试 ： 度 按 Ｇ ／ ０ ３ １ ８ 测 试 ； 用 扫 ： 电子 密 ＢＴ １３ － ９ ６ 采 瞄 显 微 镜 （Ｅ 观 察 断 面 形 貌 ； 体 强 度 测 试 温 度 Ｓ Ｍ） 熔 ２ ０℃ ， 塞 速 率 １ ／ ｉ。 ０ 柱 ０ｍｍ ｍ ｎ
１１ 原 料 ．
同 ） 别 为 １０ １ ０ ２ ０ ２ ０ ２ ０ 分 ８ ，９ ，０ ，１ ，２
时 ， 泡 片 发
材 的 密 度 分 别 为 ０８４ ０ ５ ，． ０ ０６ １０６ ２ ．６ ，． ３ ０ ５ ，． ，． ７ ６ ０ ３
ｇｃ 。 由 密 度 数 据 及 图 １看 出 ：随 着 挤 温 度 的 ／ｍ
升高 ， 泡片 材 的泡 孔孔 径变 大 ， 样 密 度 降低 ； 发 试
Ｈ Ｐ ， ＭＳ Ｐ 自制 ； 泡 剂 ， 氮 二 甲酰 胺 ， 口 ； 发 偶 进
发 泡成核 剂 ， 石 粉 ， 滑 国产 市 售 。
PP／HMS-PP／Nano-OMMT复合材料挤出发泡的研究
量对发泡棒材发泡行为的影响 ，并利用 透射 电镜观察 了 Ｏ Ｔ在 发泡制 品中的分散及 分布状况 。结 果表明 ：适量加 ＭＭ
入 Ｈ —Ｐ可 以改 善 复 合 材 料 的发 泡性 能 ，所 得 发 泡 制 品 的 泡 孔 密 度 增 大 ，泡 孔 的合 并 现 象 明显 改 善 ；ｎｎ ＭＭＴ在 ＭＳＰ ａｏＯ 靠 近 泡孑 壁 面 的位 置 有 取 向 分 布 的趋 势 ，这 有 利 于 得 到 闭 孑 形 式 的 泡孑 结构 。 Ｌ Ｌ Ｌ
ｉ ｓｆａ ｒ ｏ ｔ ｕ ｕ ｌ ｏ ｍｅ ｔ ｏ ｍｓｗｅ ｅｃ ｎｉ ｏ ｓｙｆ ａ ｄ． Ｄｉ ｅ ｅ ｔｃ ｎ ｅ ｔｏ ｅ ｎ ｆ ｒ ｎ ｏ ｔ ｎ ｆＨＭＳ ＰＰ ｏ ｆ — ｒＯＭＭＴ ｎ ｔ ｅｆ ａ ｎ ｅ ａ ｉｒｏ ｏ ｍ ｏ ｈ ｏ ｍｉ ｇ ｂ ｈ ｖｏ ｆｆ ａ ｂ ｒｗａ ｂ ｅ ｖ ｄ ｂ ＥＭ． Ｔｈ ｉｐ ｒｉ ｎ ａ ｄ ｄｉｔｉ ｕ ｉｎ ｏ ｎ — ａ ｓｏ ｓ ｒ ｅ ｙ Ｓ ｅ ｄ ｓ ｅ ｓｏ ｎ ｓｒｂ ｔｏ ｆｎａ ｏ ＯＭＭＴ ｉ ｓ ｏ ｓ ｒｅ ｙ ＴＥＭ ｃ ｏ ｎ ＰＰ ｗａ ｂ ｅ ｖ ｄ ｂ ｍｉ ｒ － ｇ ａ ｈ ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｄ ｉｉｎ ｏ ｒｐ ｓ ｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｒ ｐ ｒａ ｄ ｔｏ ｆＨＭＳ Ｐ ｉ ｒ ｖ ｄ ｔ ｅ ｆａ ｎ ｒ ｐ ￣ｙｏ ｈ ｏ ｏ — — Ｐ ｍｐ ｏ ｅ ｈ ｏ ｍｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｆｔ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｉｅ， ｗｉｈ ｃ ｌ ｅ ｉｙ ｉ ｒ ａ ｉ ｇ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｌ ｍｅ ｇ ｒｐｈ ｎ ｍｅ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｉｎ ｆｃ ｎｔ ． Ｔｈ ｉｔｉ ｔ ｎ ｏ ｔ ｔ ｅｌｄ ｎｓｔ ｎｃｅ ｓｎ ｎ ｈ ｅｌ ｒ ｅ ｅ ｏ ｎ ｎ ｉ ｒ ｖ ｄ ｓｇ ｉ ａ ｌ ｉ ｙ ｅ ｄ ｓｒｂｕｉ ｆ ｏ ｎｎ。 ａ ｏ ＯＭＭＴ ｓ ａｏ ｇ ｔ ｅ ｃ ｌ ｂ ｕｎ ａ ｙ， ａ ｄ ｔｉ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ｆ ＯＭＭＴ ｍａ ｅ ｂｅ ｅ ｔｔ ｅ ｌ ｓ ｄ ｅｌ ｗａ ｌ ｎ ｈ ｅｌ ｏ ｄ ｒ ｎ ｈ ｓ ｄ ｓｒｂ ｔ ｏ ｏ ｙ ｂ ｎ ｆ ｏ ｇ ｔ ｃｏ ｅ ｃ ｌ ｉ
挤出反压微孔发泡及泡孔生长理论研究的开题报告
挤出反压微孔发泡及泡孔生长理论研究的开题报告摘要：挤出反压微孔发泡技术是一种通过节流装置产生高压，通过微孔机构实现泡孔生长的新型发泡技术。
该技术具有制备多孔材料的高效、节能、环保等优点，并且可以实现微孔大小和数量的可控。
本文将对挤出反压微孔发泡及泡孔生长理论进行详细研究，包括挤出反压微孔发泡原理与机理、泡孔生长的影响因素和调控策略等方面，旨在为该技术的进一步研究提供基础理论支持。
关键词：挤出反压微孔发泡；泡孔生长；微孔机构；影响因素；调控策略。
一、研究背景和意义随着节能环保的要求不断提高以及新材料的需求增大，多孔材料的制备技术备受关注。
在多种多孔材料制备方法中，挤出反压微孔发泡技术因其高效、节能、环保等优点，得到了广泛应用和发展。
挤出反压微孔发泡技术，是一种基于挤出技术，通过节流装置产生高压，通过微孔机构实现泡孔生长的新型发泡技术。
该技术可以制备各种多孔材料，例如聚合物微流控芯片、泡沫塑料、过滤材料等。
此外，挤出反压微孔发泡技术还具有微孔大小和数量的可控性，可以根据不同应用需要进行调控，是一种将多孔材料制备与材料性能调控有机结合的技术。
随着该技术的不断发展和应用，对其原理、机理及泡孔生长的影响因素与调控策略等方面也提出了更高的要求和挑战。
因此，开展挤出反压微孔发泡及泡孔生长理论研究，具有重要的理论与应用价值，不仅可以深入了解该技术的传热、传质与化学反应等基本原理和机理，而且可以有针对性地优化材料结构和性能，加速该技术的推广应用，满足社会对新型材料的需求。
二、主要内容和研究方法本文针对挤出反压微孔发泡技术的原理、机理及泡孔生长等方面进行研究。
主要内容包括：1、挤出反压微孔发泡的原理及机理分析挤出反压微孔发泡的机理，探讨微孔结构对泡孔生长的影响因素以及挤出工艺条件对泡孔生长的影响，以期对其生产过程进行优化。
2、泡孔生长的影响因素及调控策略分析挤出反压微孔发泡过程中的质量传输过程，探究泡孔生长的物理、化学与传热、传质机制，并探讨不同的调控策略对泡孔大小与密度的影响，以期优化制备过程和产生的泡孔结构。
CO2微孔发泡挤出口模机头的流变学设计
陷． 另外 ， 成形必要 的挤塑压力 ， 可确保制 品密实 ； （ ）模 口出 口段 ： 使 流 道 出 口处 物 料 平 均 流 ３ 应 速一 致 ． 出 料 均 匀 ， 证 流 道 的 流 动平 衡 ： 即 保
（ ） 道 内部 ： 道 尽 可 能 光 滑 过 渡 ， 滞 料 区 ； ４流 流 无 （ ） 物 料 在 模 头 内滞 留 时 间 尽 可 能短 ， ５使 以避 免
（） １注入 Ｃ ： Ｏ 气体形成气体／ 聚合物均相饱和熔体 Ｃ Ｏ 气体基本 克服 了传 统化学发 泡剂 的缺点和
局 限性 ．传 统 化 学 发 泡 剂 在 熔 体 中 的 分 散 均 匀 性 难 保 证 、 学 发 泡 剂 由温 度 和 时 间控 制 的分 解 特性 、 化 化 学 发 泡 剂 分 解 副 产 品 （ Ｏ） 残 余 的影 响 等 等 ． 理 Ｃ 及 物
流动， 即发 生 了收敛流 动． 收敛流 动 中 ， 元体 发 在 单 生 了拉 伸 变 形 ． 由于流道截面积 的突然缩小 ，使流 动的流体 中 的速度分布发生很大变化 ，导致流体 产生很大扰动 和压降 ， 大加工设 备的功率消耗 ， 可能影响制品 增 并 的质 量． 楔形 流道 中 ， 在 为保持 恒定 流率 ， 流体在 小 流道 中的流速必然会更大 ，故收敛 流动 中最大流速 出现 在 最 小 截 面 处 ． 设 剪 应 力 和 拉 伸 应 力 对 流 动 假 产生的影响相互不 干涉． 则可做 以下计 算 ： （） 切应 力 引起 的压 力 降 Ｐ １剪 ｌ
第 ２期
吴 晓丹 ： Ｏ 微孔 发 泡挤 出 口模 机头 的 流变 学设计 Ｃ：
头） 惰性气 体 已完全 熔解 在 聚合物 中． 为此 ， 出模 挤 头 的设 计 应 考 虑 以下 几 个 方 面 的 问题 ：
一种超临界流体微孔塑料挤出发泡螺杆[实用新型专利]
![一种超临界流体微孔塑料挤出发泡螺杆[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9c0a3ecb192e45361166f512.png)
专利名称：一种超临界流体微孔塑料挤出发泡螺杆专利类型：实用新型专利
发明人：彭响方,王彬彬,周南桥,陈斌艺,曹贤武,文劲松申请号：CN201420295007.6
申请日：20140604
公开号：CN203937164U
公开日：
20141112
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开一种超临界流体微孔塑料挤出发泡螺杆，螺杆上设有十个功能段，各功能段分别为依次连接的花键连接段、螺纹密封段、加料段、第一压缩段、第一计量段、屏障段、超临界流体注入段、第二压缩段、第二计量段和螺杆头。
本超临界流体微孔塑料挤出发泡螺杆与传统螺杆相比，设有10个功能段，增大了螺杆长径比，具有物料塑化和混合效果好、不堵塞料筒进气口、不冒料、压力波动小、物料适用性广等特点。
申请人：华南理工大学
地址：510640 广东省广州市天河区五山路381号
国籍：CN
代理机构：广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：谢静娜
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微孔发泡材料体系及挤出发泡(华南理工大学彭响方)20161112
微孔发泡塑料的制备技术
制备技术
相分离法
单体聚合法
超临界流 体法
超饱和气 体法
间歇发泡
挤出发泡
注塑发泡
何为超临界流体？
超临界流体(supercritical fluid)是指温 度及压力均处于临界点以上的液体， 具有许多独特的性质，如粘度小、密 度、扩散系数、溶剂化能力等性质。
间歇发泡成型 快速升温法：
微孔塑料泡孔结构影响因素
影响泡孔结构的因素主要分为两类：一类是聚合物材料本身的物性参数； 另一类影响泡孔结构的是发泡工艺参数
聚合物的粘度或熔体强度 材料物性
松弛时间 CO2在聚合物中的溶解度及扩散速率
相界面的表面张力等
影响因素
发泡温度和压力 发泡时间， 工艺参数 饱和时间 剪切速率 降压速率等
发泡温度因素
图1-7 PLA2003D在饱和压力16 MPa和不同发泡温度条件下发泡样品的SEM图及泡孔 尺寸分布图：(a) 80 ℃；(b) 90 ℃；(c) 100 ℃；(d) 110 ℃；(e) 120 ℃ 随着温度的升高气体在聚合物中的溶解度降低，成核数量会相对减少，体系 的粘度或熔体强度降低，气泡成核后长大的阻力降低，泡孔尺寸较大。如果 进一步提高温度，熔体强度将继续降低，会加剧泡孔塌陷或合并现象 发泡温度太低，体系的粘度增大，气体在聚合物中的扩散速率降低，聚合物 的熔体强度增加，气泡长大过程受到限制，气泡难以长大，如果温度降低到 聚合物的玻璃化温度以下，聚合物因粘度太大而不能发泡
聚合物挤出微发泡过程数值模拟
聚合物挤出微发泡过程数值模拟聚合物挤出微发泡是一种重要的制备方法，能够制备具有高比表面积和空隙率的多孔聚合物材料，因此在纳米生物医学和纳米催化等领域得到广泛应用。
然而，现有的制备方法存在一些局限性，如产生较大的孔隙尺寸分布和不可避免的密度梯度，这些局限性往往影响了材料的性质和应用。
因此，探究聚合物挤出微发泡过程的物理机制，优化制备方法，对于制备高性能的多孔聚合物材料具有重要意义。
本文将介绍聚合物挤出微发泡过程的数值模拟方法及其在制备多孔材料方面的应用。
聚合物挤出微发泡是一种通过向聚合物溶液中注入气体或在挤出过程中引入气体的方式实现的制备方法。
在挤出过程中，气体逐渐释放，在聚合物混合物中形成微小气泡，并随着挤出过程一同成型。
由于气泡的增加和聚合物溶液的减少，孔隙逐渐形成，形成多孔聚合物材料。
数值模拟方法是研究聚合物挤出微发泡制备的重要手段之一。
其中，CFD模拟（Computational Fluid Dynamics）是一种基于流体力学原理的数值模拟方法，能够模拟气体在流体中的流动、传热等物理过程。
在聚合物挤出微发泡过程中，气体的流动和在聚合物溶液中的行为对于孔隙形成和大小密度的分布具有重要影响。
因此，采用CFD模拟方法可以对聚合物挤出微发泡过程进行深入研究和探索。
针对聚合物挤出微发泡过程的CFD模拟，一般采用多相流动模型。
在多相流动模型中，将流体系统视为由两个或多个相组成的物理系统，通过二方程模型、VOF模型、DEM模型等实现气相和聚合物溶液相互作用。
其中，刚性粒子法（DEM）是一种常用的多孔媒体建模方法，可在液相和气相之间进行耦合。
DEM模型主要基于粒子间相互作用力，对于聚合物溶液的流动和细胞构造分析有重要意义。
此外，通过CFD-DEM耦合方法，还可以对聚合物微发泡过程进行多尺度数值模拟，更好地探索聚合物多孔材料的制备机制和物理特性。
CFD模拟及其耦合方法不仅在制备多孔聚合物材料中具有广泛的应用，也被用于设计和优化聚合物挤出微发泡设备。
ABS微孔发泡材料的制备与性能研究
ABS微孔发泡材料的制备与性能研究虞吉钧;杨永兵;岳邦毅;罗国菁;李锦春;陈强【期刊名称】《工程塑料应用》【年(卷),期】2012(40)1【摘要】Microcellular acrylonitrile-butadiene-styrene ( ABS ) foam was prepared by chemical cross-linked compression molding. The effects of foaming agent ( AC), activator (ZnO ), crosslink agent ( DCP ) on the mechanical properties and cell structure of microcellular ABS foam were researched. The results showed that when the content of foaming agent, crosslink agent and activator were 2%, 0.15%, 0.2%, the cell density was 1.31 x 10s cells/cm3, the cell dimension was 24 μm and the specific strength was up to 44.7 N/tex. The microcellular ABS foam had excellent properties, which met the requirements of microcellular foam material.%利用化学交联模压法制备了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)微孔发泡材料,研究了发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)、活化剂氧化锌( ZnO)、交联剂过氧化二异丙苯(DCP)用量对ABS微孔发泡材料力学性能和泡孔结构形态的影响.结果表明,当AC为2份、DCP为0.15份、ZnO为0.2份时,制得的ABS微孔发泡材料的泡孔密度为1.31×108 cells/cm3,平均泡孔尺寸为24 μm,比强度达到44.7 N/tex,综合性能最佳,可以满足微孔发泡材料的要求.【总页数】4页(P12-15)【作者】虞吉钧;杨永兵;岳邦毅;罗国菁;李锦春;陈强【作者单位】常州大学材料科学与工程学院,江苏常州 213164;南京大学常州高新技术研究院,江苏常州 213164;南京大学常州高新技术研究院,江苏常州 213164;南京大学常州高新技术研究院,江苏常州 213164;常州大学材料科学与工程学院,江苏常州 213164;南京大学常州高新技术研究院,江苏常州 213164;常州大学材料科学与工程学院,江苏常州 213164;常州大学材料科学与工程学院,江苏常州 213164;南京大学常州高新技术研究院,江苏常州 213164;南京大学化学化工学院,南京210093【正文语种】中文【中图分类】TQ328【相关文献】1.模压成型ABS微孔发泡材料的研究 [J], 杨永兵;虞吉钧;周如东;郝卫强;冯磊;陈强2.热塑性聚氨酯/马来酸酐接枝聚丙烯微孔发泡材料的制备与力学性能 [J], 蓝滨;李鹏支;龚鹏剑;杨其3.汽车用微孔轻量聚丙烯微发泡材料的制备及性能研究 [J], 汪理文;翁永华;丁贤麟;吴丽敏4.EVA/聚酰胺弹性体微孔发泡材料的制备与性能表征 [J], 黄国桃;桂源;李玉才;吴鑫;冯新星;邓建平;王操;潘凯5.原位成纤增强PP/PET/CNT微孔发泡材料的制备与电磁屏蔽性能研究 [J], 宋仁达;武高健;陈俊祥;张有忱;杨卫民;谢鹏程因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
挤出微发泡R—PVC发泡剂和泡孔调节剂的优选
挤出微发泡R—PVC发泡剂和泡孔调节剂的优选
阎业海;叶胜友
【期刊名称】《工程塑料应用》
【年(卷),期】1999(27)3
【摘要】采用自行设计安装的放气量测量装置和差示扫描量热仪对发泡剂ＡＣ．Ｅｘｏｃｅｒｏｌ２３２和ＣＣＦ进行分解动力学和热力学性能测试，研究了泡孔调节剂Ｋ－４００，ＺＢ－５３０对Ｒ－ＰＶＣ基本配方体系塑化性能的影响，利用Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ挤出机对微发泡Ｒ－ＰＶＣ挤出专用料的配方进行了优选。
【总页数】4页(P10-13)
【作者】阎业海;叶胜友
【作者单位】青岛化工学院橡胶工程学院;青岛海尔集团工艺装配所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ325.304
【相关文献】
1.新型发泡剂在PVC-U微发泡管材中的应用 [J], 牧保文;张其超
2.新型吸热性发泡剂的研制及其在低发泡R—PVC挤出材料中的应用 [J], 周琼;甄红宇
3.PVC泡沫塑料发泡剂DNPT的除臭,防焦及泡孔不均性研究 [J], 徐春彦
4.发泡剂热分解特性及对硬质PVC挤出发泡结皮厚度及泡孔结构影响 [J], 周琼;
陈桂兰;丛川波;李胜
5.聚氯乙烯挤出用发泡剂和泡孔调节剂的优选 [J], 阎业海;黄兆阎
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华南理工大学研制出世界首个有序大孔-微孔MOF单晶材料
华南理工大学研制出世界首个有序大孔-微孔MOF单晶材料佚名
【期刊名称】《华南理工大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2018(46)11
【摘要】2018年1月12日,国际顶级学术期刊《Science》在线发表了华南理工大学作为第一单位的研究论文《Ordered Macro-Microporous Metal-Organic Framework Single Crystals》(《有序大孔-微孔金属有机骨架单晶》).其中,华南理工大学沈葵副研究员为论文的第一作者,华南理工大学李映伟教授与美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授为论文的共同通讯作者。
这也是华南理工大学首次以第一单位在《Science》主刊上发表论文。
【总页数】1页(P75-75)
【关键词】华南理工大学;单晶材料;《Science》;微孔;大孔;有序;MOF;Framework 【正文语种】中文
【中图分类】TP311
【相关文献】
1.孔壁富含微孔有序介孔材料的设计合成及表征 [J], 潘大海;李铁森;赵灵之;周亮;余承忠;鲍晓军
2.有序大/微孔MOF单晶材料:延伸多孔材料领域 [J], 李映伟;沈葵
3.单源MOF衍生具有三维有序大孔结构的氮掺杂碳包覆铁-氮合金复合材料用于高效氧还原 [J], 吕雅茹;翟雪静;王珊;徐虹;王锐;臧双全
4.微孔-大孔双孔结构β沸石材料的构筑规律 [J], 王星东;王亚军;董安钢;唐颐
5.我研制出世界首个有序大孔-微孔MOF单晶材料 [J],
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微发泡聚合物材料的研究进展
微发泡聚合物材料的研究进展赵正创;欧阳春发;相旭;高群【期刊名称】《化工进展》【年(卷),期】2016(035)0z1【摘要】微发泡聚合物材料是泡孔尺寸在微米级的一种新型高分子材料，因其独特的微孔结构能够改善制品的尺寸稳定性、收缩率等问题，已经成为近年来聚合物材料的研究热点。
本文综述了微发泡成型研究机理，成型加工参数、纳米填料和发泡剂对微发泡聚合物材料结构与性能的影响，并对众多研究结果进行了分析，提出了未来微发泡聚合物材料的研究领域有待于进一步深入的研究方向，并对微发泡聚合物材料的研究及应用前景进行了展望，提出扩大工业应用的趋势是开发出微发泡聚合物母料来替代物理以及化学发泡。
这些基础性的研究工作对于深入理解微发泡聚合物材料的形成机理及后续的应用研究具有非常重要的意义。
%Microcellular polymer material is a newly developed polymer material which cell size is in micron.Because its unique micro-pore structure can improve the dimensional stability, shrinkage rate and other shortcomings of products,which makes it become a research hotspot of polymer material in recent years.In this paper,the mechanism of micro-foam molding was briefly introduced,the effects of molding processing parameters,nano filler,blowing agent on structure and properties of microcellular polymer material were outlined.Summary was generated based on the numerous research results,then some critical issues that to be further studied was put forward.Moreover,the foreground of research and application ofmicrocellular polymer was expected.All these fundamental works are very important for understanding the mechanism of forming of microcellular polymer foams.They are significant for subsequent application research as well.【总页数】7页(P209-215)【作者】赵正创;欧阳春发;相旭;高群【作者单位】上海应用技术学院材料科学与工程学院，上海 201418;上海应用技术学院材料科学与工程学院，上海 201418;上海应用技术学院材料科学与工程学院，上海 201418;上海应用技术学院材料科学与工程学院，上海 201418【正文语种】中文【中图分类】TQ0631【相关文献】1.无机纳米填料影响聚合物微孔发泡材料发泡行为研究进展 [J], 郝明洋;王昌银;蒋团辉;张纯;龚维;何力2.微发泡聚合物动态发泡过程的研究进展 [J], 龚维;蒋团辉;付海;裴响林;曾祥补;何力3.开孔型聚合物微发泡材料制备技术 [J], 何亚东4.开孔型聚合物微发泡材料制备技术及装备 [J],5.超临界流体制备微发泡聚合物材料的研究进展 [J], 翟文涛;余坚;何嘉松因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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微孔发泡技术起源于1981年美国MIT 聚合物实验室
命也可以延长至未发泡材料的5倍.
微孔塑料的性能和应用 由于微孔泡沫塑料所具有的独特的泡孔结构，使微孔泡沫 塑料呈现出许多优良的特性
冲击强度高 韧性好 热传导系数低 热稳定性高
围内机械性能优良，适宜作为结构材料使用；
（2）耐腐蚀性良好，受环境影响较小，有良好的耐久性； （3）与金属材料相比，易加工，生产效率高，并可简化程序，节省费
用；
（4）有良好的尺寸稳定性和电绝缘性； （5）重量轻，比强度高，并具有突出的耐磨性。
Laure et al. 等使用超临界二氧化碳在较低压力下研究聚碳酸酯及其添加碳
热温度只有70-80℃。
北京化工大学Luo et al.分别对比了球状和纤维状聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）
与PP复合材料的微孔发泡材料
球状和纤维状PBT对PP结晶形态影响的示意图
复合材料在157.4℃发泡的SEM图 (a)纯PP (b)PP-5sPBT (c) PP-5fPBT
球状和纤维状的PBT在PP基体中作为异相成核点促进了PP的结晶，提高了
首先将聚合物与气体放置一个高压容器内，在一定的温度和压力条件 下气体扩散进入聚合物中去，形成聚合物/气体均相体系，迅速将聚合物放 入高温油浴槽内，由于温度升高体系热力学平衡状态被打破，气体从聚合 物基体中逸出引发大量的气泡核，随后气体不断扩散进入气泡核，气泡长 大。当气泡长大到一定的程度之后，迅速放入冷水槽中，冷却定型泡孔。
比刚度大
高的疲劳寿命 介电常数低
性能
所用发泡剂环保
质轻
……
微孔泡沫塑料由于具有上述优异的性能，使其应用领 域非常广泛,如包装材料领域，隔音材料领域，减震 缓冲材料领域，绝缘隔热材料领域，生物材料领域等。
微孔塑料成型过程
图1 超临界流体微孔发泡原理示意图
超临界流体微孔发泡成型过程可分为三个阶段： (1)形成气体/聚合物饱和均相体系 (2)通过快速降压或升温使溶解在聚合物中的气体产生大的过饱和度， 从而扩散聚集、发生相变形成气泡核 (3)气泡核的长大和定型
微孔发泡塑料的制备技术
制备技术
相分离法
单体聚合法
超临界流 体法
超饱和气 体法
间歇发泡
挤出发泡
注塑发泡
何为超临界流体？
超临界流体(supercritical fluid)是指温 度及压力均处于临界点以上的液体， 具有许多独特的性质，如粘度小、密 度、扩散系数、溶剂化能力等性质。
间歇发泡成型 快速升温法：
发泡压力因素
PLA2003D在发泡温度100 °C和不同发泡压力条件下发泡样品的SEM图及泡孔 尺寸分布图：(a)8 MPa; (b)12 MPa; (c)16 MPa; (d)20 MPa; (e)24 MPa
气体压力增加致使其在聚合物中的溶解度增加，进而气泡成核数目增
加，泡孔密度增大 根据经典成核理论，压力降越大，气泡成核的速率越快，气泡核数量
泡孔均相成核 泡孔成核是指在聚合物基体中产生非常小的泡孔过程，如果小泡孔的产生是由均相 溶液产生的，这种成核工艺就称为均相成核。 泡孔异相成核 如果在聚合物基体中存在着杂质，在气-液-固三相共存的交界面处的势能较低，气 泡成核时将在这个点引发气熔相分离形成泡核。引发气泡核主要取决于成核粒子的 形状和种类、固体与气体相界面的界面张力等。 热力学不稳定 泡孔成核 气熔均相体系 泡孔核
快速卸压高压釜发泡装置示意图 1-CO2供气瓶；2-压力表；3-计量泵；4-高压釜；5-样品
挤出发泡成型
挤出发泡成型装置示意图
1-加料斗；2-电动装置；3-机筒；4-螺杆；5-静态混合器；6-模头；7-加热套
聚合物从加料斗加入挤出机后，经过挤出螺杆压缩，熔融塑化之后， 与注气口注入的气体相混合，在螺杆剪切混合作用下形成聚合物熔 体/气体均相体系，然后通过挤出机头口模的快速卸压得到微孔发泡 制品。
就越多。因此，发泡压力是影响泡孔结构的另一重要因素
压力降速率因素
气泡内外的气体浓度梯度或者是内外的压力差是驱动泡孔长大的原动 力，降压速率直接反映的是泡孔生长的加速度
微孔发泡材料体系及改性
微孔发泡应用广泛，对于不同的应用领域，微孔发泡技术具有不同的材
料体系，下面按高分子材料的分类来分别介绍各种材料体系的研究进展：
连续挤出发泡成型
离模吹胀装置
卷取装置 注气装置 自动加料装置
发泡片材挤出机，由龙口市天海精密机械设备有限公司提供图片
挤出发泡成型实现了连续生产过程，生产效率高，可实现工业化应用。 近几十年来，连续挤出发泡成型就成为微孔发泡成型工艺的研究重点， 上世纪九十年代初，C.B. Park等成功开发了连续挤出发泡成型机械，从 而大大提高了生产效率，实现了微孔塑料的工业化生产目标。
微孔塑料泡孔结构影响因素
影响泡孔结构的因素主要分为两类：一类是聚合物材料本身的物性参数； 另一类影响泡孔结构的是发泡工艺参数
聚合物的粘度或熔体强度 材料物性
松弛时间 CO2在聚合物中的溶解度及扩散速率
相界面的表面张力等
影响因素
发泡温度和压力 发泡时间， 工艺参数 饱和时间 剪切速率 降压速率等
微孔塑料泡孔成核与长大机理
微孔泡沫塑料的形成首先是要形成气泡核，然后气泡核膨胀和长大成为泡孔， 最后是泡孔的固化定型。 气泡核的形成阶段决定着泡孔数量的多少和分布，是微孔发泡成型的关键步骤。 泡孔长大阶段决定泡孔最终的结构形态，例如泡孔后期发生的聚集和并泡。
因此，为了得到预期的泡孔结构，控制发泡过程就必须充分了解发泡 过程中这两个关键的过程。
使用化学发泡剂的注塑发泡工艺，发泡产生的压力较低导致不能生产壁
厚或形状复杂的制品。 采用物理发泡剂的微孔发泡注塑成型，气体在聚合物基体中的溶解度高，
成型压力大，因此成核的数量密度大，能形成泡孔尺寸和分布均匀的发
泡制品。 美国Trexel公司利用微孔发泡的原理，将热塑性微孔发泡技术用于注塑的
PP
条件下的超临界CO2发泡研究。 结果表明低浓度的PP-gMAH/nanoclay的加入降低了材 料的熔体拉伸强度和剪切复数 模量，而浓度超过一定值时，
PP/nanoclay/ PP-g-MAHy
则会则会提高材料的熔体拉伸
强度和剪切复数模量，从而提 高了复合材料的发泡能力，使 泡孔结构更加完善
复合材料的泡孔形貌
微孔发泡材料体系及挤出发泡
彭响方
华南理工大学
2016年11月12日
主要内容
1、微孔发泡概述
2、微孔发泡材料体系及改性
3、微孔挤出发泡技术与工艺
1、 微孔发泡概论
微孔塑料概述
微孔泡沫塑料的定义为泡孔尺寸在0.1-10
μm，同时，泡孔密度在109-1015个/cm3范 围内的微孔泡沫塑料。
微孔泡沫塑料的密度很低，可以降低到未
快速升温间歇法微孔发泡示意图
间歇发泡成型 快速卸压法：
将聚合物颗粒或样品放置于密封的高压釜内，首先将釜内温度升高到 浸泡温度，向釜内通入一定压强的超临界气体，气体通过扩散进入聚合物 基体中，形成聚合物/气体均相体系。将釜内温度降至发泡温度（一般在 聚合物玻璃化温度附近），然后对间歇釜快速卸压，引发气泡成核，气体 扩散进入气泡核，泡孔长大。同时对高压釜进行快速冷却，使聚合物内泡 孔冷却定型。
华东理工大学赵玲等使用限制发泡法制备了具有取向泡孔结构的PS微孔发
泡材料
PS取向泡孔形貌 (a)取向度0.3 (b)取向度0.5
分子链在发泡过程中的取向示意图
实验结果表明： 泡孔取向后的发泡材料力学性能优于普通发 泡材料。原因有： 取向发泡材料断裂面处的固体面积更多 在垂直于取向方向上可以增加裂纹传播的 能量
发泡温度因素
图1-7 PLA2003D在饱和压力16 MPa和不同发泡温度条件下发泡样品的SEM图及泡孔 尺寸分布图：(a) 80 ℃；(b) 90 ℃；(c) 100 ℃；(d) 110 ℃；(e) 120 ℃ 随着温度的升高气体在聚合物中的溶解度降低，成核数量会相对减少，体系 的粘度或熔体强度降低，气泡成核后长大的阻力降低，泡孔尺寸较大。如果 进一步提高温度，熔体强度将继续降低，会加剧泡孔塌陷或合并现象 发泡温度太低，体系的粘度增大，气体在聚合物中的扩散速率降低，聚合物 的熔体强度增加，气泡长大过程受到限制，气泡难以长大，如果温度降低到 聚合物的玻璃化温度以下，聚合物因粘度太大而不能发泡
注塑发泡成型
微孔发泡注射成型工艺示意图
聚合物从加料口加入注塑螺杆之后，在螺杆压缩和塑化作用下，超临界 气体发泡剂扩散进入聚合物熔体中，形成气体/熔体均相体系(在螺杆前 段配以静态混合器) 聚合物熔体/气体均相体系随后被输送至储料室中，通过外部加热使体系 的温度升高，气体在聚合物熔体中的溶解度将下降，引发热力学不稳定 状态，从而引发气泡成核 在气熔均相体系充满模具型腔之后对其进行快速卸压，气泡核开始长大， 形成泡孔。同时对模具快速冷却，使泡孔冷却定型，得到发泡制品
PP的结晶密度和结晶温度。在微孔发泡过程中，密集的晶体作为泡孔成核 点，减少了泡孔尺寸，同时提高了泡孔密度。对比球状和纤维状PBT，纤
维状的PBT对PP的发泡性能更有利
Wang et al.等研究了PP及其纳米复合材料的发泡行为
170℃ 165℃
实验对PP/PP-g-MAH/nanoclay 和PP复合材料进行了不同温度
纳米管后复合材料的发泡性能，同时还研究了发泡材料的电磁特性
聚碳酸酯复合材料发泡后的泡孔形态（75bar，浸泡温度100oC，发泡温度190oC） (a)PC (b)PC/0.1WMNTs (c) PC/0.2WMNTs
加入碳纳米管后，聚碳酸酯的结晶度最高增加到20%，同时发泡后的泡孔 尺寸减小到10μm左右，聚碳酸酯纳米复合材料发泡后的导电性能也比发