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1、-范文最新推荐-1 / 16SC-CO2 在 PS 中的溶解性及微孔 PS力学性能研究摘要应用质量法测定了超临界二氧化碳（SC-CO2）在聚苯乙烯中的溶解量，并分析了饱和时间、饱和压力、饱和温度、样条尺寸等因素对 SC-CO2 溶解量的影响。同时也研究了不同发泡倍率的微孔发泡聚苯乙烯拉伸性能的变化。结果表明：CO2 在 PS 中的溶解量，随着饱和时间的增加不断增大直至达到平衡状态，随着饱和压力的增大而增大，随着饱和温度的增大而降低； SC-CO2 制备的 PS 微孔拉伸样条，其杨氏模量变化不大，但拉伸强度下降近 20%，随着相对密度的增大拉伸强度不断增大至变化不明显、断裂伸长率先增大后减小、杨
2、氏模量不断增大，相对杨氏模量与相对密度满足幂律关系，应变率的增大对拉伸性能影响不大。8784关键词：超临界二氧化碳 ； 聚苯乙烯 ； 溶解量 ；拉伸性能毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleInvestigation of Solubility of SC-CO2 in PSAnd Mechanical Properties of micro-PSAbstractThe gravimetric method was applied to measure the solubility of SC-CO2 in PS, and the influences factors on the solu
3、bility of SC-CO2 including saturation time, saturation pressure, saturation temperature and the sample size is analysed in the paper. Besides, the tensile properties of microcellular PS with different foam relative density were also investigated. The results showed that: the solubility of CO2 in PS,
4、 increased along with the increase of saturation time until it reached equilibrium state, and it increased with the increase of the saturation pressure while it decreased with the increase of the saturation temperature. The Youngs modulus of PS samples changed slightly while the tensile strength dec
5、reased by nearly 20% -范文最新推荐-3 / 16circularly saturated after by CO2. With the foam relative density increasing, The tensile strength and the Youngs modulus increased, while the breaking elongation first increased and then decreased. In addition, the relatively Youngs modulus and the relative densit
6、y meet the power-law relationship. The effect of strain rate was not significant. 2.2.3.1PS 抗冲击样条的制备 92.2.3.2 溶解度测定 102.3 溶解度测定机理 112.3.1 超临界二氧化碳在聚合物中的传质 112.3.2SC-CO2 在 PS 中的扩散机理 112.4 结果与讨论 132.4.1SC-CO2 在 PS 中的扩散 132.4.2 饱和时间对 CO2 溶解量的影响 142.4.3 样条厚度对 CO2 溶解量的影响 152.4.4 饱和压力对 CO2 溶解量的影响 172.4.5 饱
7、和温度对 CO2 溶解量的影响 182.4.6 溶解量对扩散系数的影响 192.5 本章小结 203 超临界二氧化碳制备聚苯乙烯微孔材料力学性能研究 213.1 引言 213.2 实验部分 21-范文最新推荐-5 / 163.2.1 实验原料 213.2.2 实验仪器 213.2.3 实验步骤 213.2.3.1 聚苯乙烯拉伸样条制备 213.2.3.2 微孔发泡聚苯乙烯拉伸样条 223.2.3.3 拉伸实验 223.3 结果与讨论 233.3.1 气体饱和处理拉伸性能影响 233.3.2 相对密度对拉伸性能影响 233.3.3 应变率对拉伸性能影响 263.4 本章小结 27结论 28致谢
8、29参 考 文 献 301 绪论随着科学技术的不断发展，人们对材料性能的要求更加苛刻，众多国家都在致力于寻找和开发各种节能、环保、高质量的材料。1980 年左右，MIT 的 N.P.Suh教授提出了微孔聚合物的概念。微孔塑料一般是指泡孔直径为 0.110μm、泡孔密度为 1091015 个/cm3、材料密度相比于发泡前减少 5%95%的新型泡沫塑料1。微孔材料具有高比强度、高冲击强度、韧性好等优异性能。超临界二氧化碳作为一种新型发泡剂，由于其无污染、低成本、临界性能稳定等优点，被广泛应用于微孔发泡中2。 -范文最新推荐-7 / 16（2）SC-CO2 具有近似液体的溶解度和近似气体的扩散
9、系数，SC-CO2 的表面张力很低，当温度接近 Tc时，表面张力将至零，很容易进入固体等基质内，表现出很强的渗透、扩散能力，能够溶解众多有机物，使其可以发泡多种聚合物。（3）SC-CO2 无毒、不易燃、无腐蚀性、价廉易得、使用安全等特点，较好地符合人类的可持续性发展的要求，对自然的绿色环保起着积极的作用。（4）SC-CO2 还可以降低聚合物体力的表面张力，对聚合物熔体有着很好的增塑作用，因而可以降低聚合物的玻璃化转变温度 Tg，并能降低聚合物熔体的粘度，提高聚合物熔体的流动性，从而降低工艺条件。SC-CO2 的众多优异特性，使得 SC-CO2 成为超临界流体技术的首选发泡剂。1.2 超临界二氧
10、化碳发泡机理 超临界二氧化碳制备聚合物发泡材料是一个比较复杂的过程，涉及到聚合物与 SC-CO2 之间的相互作用、相的转变、泡孔的形成和控制以及体系流变特性等方面。王进等6发现，对于制备微发泡聚合物材料的主要两种基本方法：间歇法和连续法，但它们发泡的基本原理是一致的，即经 SC-CO2 饱和好的聚合物通过快速卸压或者快速升温的方法使其进入热力学不稳定状态，从而在聚合物基体中形成大量气核而得到微孔结构.翟文涛等7研究了微发泡聚合物的发泡原理，总结了发泡的四个阶段（如图 1.2 所示）：聚合物/气体饱和体系的形成、泡孔的成核、泡孔的增长和泡孔的结构定型。（1）聚合物/气体饱和体系的形成。在一定温度
11、、压力和时间下，采用适当的方法使得 SC-CO2 溶解在聚合物中，形成聚合物/气体饱和体系，气体溶解在聚合物中的过程由气体的饱和浓度、气体的压力以及体系的温度等有关。（2）泡核的形成。泡孔的成核阶段对发泡塑料的-范文最新推荐-9 / 16最终泡孔密度和分布状况起着决定性的作用，影响最终发泡塑料的泡孔密度。通过快速降压或者快速升温的方法，使得聚合物/气体饱和体系迅速变为过饱和体系，进入热力学不稳定状态。聚合物和气体的相分离在聚合物体系中引发成核，气核大于某一临界尺寸（r*）才可能稳定地存在。经典的成核理论表明: 临界尺寸（r*）由聚合物/气体的界面张力（γ）和用于饱和聚合物的气体压力
12、（P）决定。 但是，由于质量法操作简便、设备简单，是最为常用的测量方法。1.3.2 压力下降法压降法是将已知的一定量的气体置于封闭系统内，与空腔内的样条接触发生扩散，一定时间后对气相压力进行检测，通过压力下降的数值来计算扩散系数，根据平衡能力来获得平衡数值从而用于计算溶解度。压降法设备也较为简单、操作简便，不过也存在着缺陷。比如在高温条件下，对压力传感器的要求非常高，目前很难找到各方面比较的压力传感器；另外该方法需要大量的试样，使得测量时间很长。1.3.3 光学观测法光学观测法是使用电荷耦合器件摄像机对在高压条件下聚合物熔融的胀大现象进行光学记录，通过胀大程度和质量直接的关系获得扩散系数。不过
13、该方法适用于液态条件下的聚合物熔体在一维胀大下的监测，不能用于固态聚合物的测量。1.3.4 光谱技术光谱技术通过对近红外区域的瞬态吸收数据进行测量，根据 Beer-Lambert 法得到相关的 CO2 浓度。早先的光谱技术存在着严重缺陷，由于红外光不仅通过聚合物相还通过流体相，难以将聚合物中注入的混合物与溶解在流体中的混合物分离开来。Kazarian 等11 设计了一种新观察室，这种新的观察室具有两个红外窗口，一个用来测量超临界流体中聚合物薄膜的光谱，另外一个用于测量流体自身的光谱，从而有效地防止-范文最新推荐-11 / 16了混淆情况的发生。1.4 超临界二氧化碳制备微孔塑料工艺方法根据操作
14、的连续程度不同，目前制备微孔塑料的工艺方法主要有间歇发泡、半连续发泡、连续发泡，三种发泡方法的发泡机理是一致的。间歇法和半连续法由于形成聚合物/气体饱和体系所需的时间由气体向聚合物基体中的扩散速度决定，因而耗时较长，生产效率比较低，主要用于实验室理论研究。连续法中的挤出成型和注射成型则为微孔塑料进行工业化生产提供了可能。 1.4.2 半连续发泡 13半连续发泡是在间歇发泡的基础上发展起来的，用于在固态下生产聚合物薄膜，此方法比较适合于加工玻璃化温度较高的聚合物，如PS、PMMA 、PC、PVC 等。首先，将一卷带有透气材料隔层分开的聚合物薄膜放入压力釜，吸附高压发泡剂，吸附一定时间达饱和后卸压，然后将吸附了发泡剂的聚合物薄膜进行油浴使其成
