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聚丙烯超临界CO_2发泡工艺及性能研究

作　者: 缪长礼
导　师: 孟令辉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚丙烯发泡超临界二氧化碳纳米SiO2 纳米MgO
分类号: TQ328.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚丙烯（PP）发泡材料具有优异的耐热性、热绝缘性和环境友好性,在很多领域取得了广泛应用,有逐渐取代其他热塑性发泡材料的趋势。本论文采用超临界CO₂釜压法对等规聚丙烯（IPP）进行发泡,利用正交试验对其发泡工艺进行了研究,确定了最佳发泡工艺,并探讨了发泡温度等因素对IPP发泡材料发泡倍率的影响。正交试验直观分析法得出发泡温度对IPP发泡材料发泡倍率的影响最大,浸润压力的影响次之,浸润时间的影响最小;发泡倍率随着发泡温度和浸润压力的升高均呈现先增大后减小的趋势。此外,方差分析法得出发泡温度和浸润压力对发泡倍率的影响是显著的;浸润时间对发泡倍率有一定的影响。通过分别添加纳米MgO和纳米SiO₂对IPP进行改性,扫描电镜结果表明当加入量为2mass%时,两种纳米粒子在IPP中的分散均较好,相比之下,纳米SiO₂的分散颗粒较小,只有50nm左右,约为2个纳米SiO₂粒子的结合体;而当加入量为6mass%时,两种纳米粒子的分散性均不好,出现了明显的大块团聚体。分析结果表明添加纳米MgO不能明显降低IPP发泡材料的表观密度,提高其发泡倍率,也不能明显改善发泡材料的泡孔结构,原因可能是加入的纳米MgO粒子虽然具有充当CO2成核剂的作用,但却提高了IPP的结晶度,且没有改变结晶区域的结构。而添加纳米SiO₂可以降低发泡材料的表观密度,提高其发泡倍率,且当加入量为2mass%时效果最佳,表观密度约为0.0511g/cm³,发泡倍率约为18.03,明显高于未掺杂纳米SiO₂的13.17,提高了约36.9%。同时还能改善IPP发泡材料的泡孔结构,使之变得更加匀称,原因是均匀分散在IPP中的纳米SiO₂粒子使IPP的结晶区域发生了变化,并且还可以充当物理交联点,提高IPP的熔体强度,使之更有利于发泡。纳米SiO₂改性IPP发泡材料与高熔体强度PP（HMSPP）发泡材料的对比结果表明,在IPP中掺杂2mass%的纳米SiO₂粒子较好的改善了IPP发泡材料的泡孔结构,提高了发泡倍率,达到了与HMSPP发泡材料相近的效果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-24
  1.1 课题的背景及研究目的与意义  9-10
  1.2 PP发泡材料的性能及应用  10-12
    1.2.1 PP发泡材料的性能特点  10-11
    1.2.2 PP发泡材料的应用领域  11-12
  1.3 发泡剂  12-13
    1.3.1 化学发泡剂  12-13
    1.3.2 物理发泡剂  13
  1.4 改性PP  13-17
    1.4.1 高熔体强度PP  14
    1.4.2 部分交联改性PP  14-15
    1.4.3 共混改性PP  15-17
  1.5 PP发泡技术发展现状  17-20
    1.5.1 模压法  17-18
    1.5.2 常压法  18
    1.5.3 挤出法  18-19
    1.5.4 注射法  19
    1.5.5 釜压法  19-20
  1.6 超临界流体在PP发泡中的应用  20-23
    1.6.1 超临界流体及其特性  20-21
    1.6.2 常用物理发泡剂的临界物性  21-22
    1.6.3 PP超临界流体发泡  22-23
  1.7 本课题主要研究内容  23-24
第2章实验部分  24-30
  2.1 实验原料及仪器  24-25
    2.1.1 实验原料  24
    2.1.2 实验设备及仪器  24-25
  2.2 IPP发泡材料的制备  25-28
    2.2.1 发泡温度的确定  25
    2.2.2 盐浴的配制  25
    2.2.3 超临界釜压法制备发泡材料  25-26
    2.2.4 IPP发泡材料性能研究  26-28
  2.3 IPP/纳米粒子发泡材料的制备  28-30
    2.3.1 IPP/纳米粒子混合物的制备  28
    2.3.2 改性IPP发泡材料的制备  28
    2.3.3 改性IPP发泡材料性能研究  28-30
第3章 IPP发泡材料的制备及工艺研究  30-44
  3.1 确定发泡温度区间  30-34
    3.1.1 理论发泡温度区间  30-31
    3.1.2 实验论证  31-34
  3.2 确定最佳发泡工艺  34-43
    3.2.1 正交试验设计  34
    3.2.2 正交试验结果分析  34-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章 IPP/纳米粒子混合物的制备及发泡  44-62
  4.1 改性方案的提出  44-46
    4.1.1 IPP和HMSPP发泡材料的对比  44-46
    4.1.2 纳米改性方案的提出  46
  4.2 纳米粒子和掺杂工艺条件  46-50
    4.2.1 纳米粒子  46-47
    4.2.2 掺杂工艺条件  47-50
  4.3 纳米粒子在IPP中的分散性  50-52
    4.3.1 纳米MgO在IPP中的分散性  50-51
    4.3.2 纳米Si0_2在IPP中的分散性  51-52
  4.4 纳米粒子对IPP发泡材料的影响  52-59
    4.4.1 纳米MgO对IPP发泡材料的影响  52-55
    4.4.2 纳米Si0_2对IPP发泡材料的影响  55-59
  4.5 IPP/纳米Si0_2发泡材料与HMSPP的对比  59-60
  4.6 本章小结  60-62
结论  62-63
参考文献  63-69
攻读硕士期间发表的论文  69-71
致谢  71

聚丙烯超临界CO_2发泡工艺及性能研究

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