论文部分内容阅读
聚丙烯(PP)泡沫近年来在泡沫材料市场中所占比重逐渐升高,PP泡沫具有耐热好、刚度高、优异的缓冲性能及完全可回收利用等优点。CO2发泡剂具有价格低,不易燃且不会对环境造成危害等优点,但其在大多数聚合物中溶解度低、扩散系数高。本文通过采用异丁烷为助发泡剂,围绕着复合发泡剂CO2、异丁烷在PP发泡过程中的作用机理展开了研究,通过分子模拟的方法,计算仿真复合发泡剂在PP中的溶解度与扩散系数。在此基础上,建立复合发泡剂作用下的气泡成核和生长模型,计算复合发泡剂对气泡成核、生长过程的影响,研究复合发泡剂在发泡过程中的协同作用,并在自行搭建的挤出发泡系统上,研究复合发泡剂对PP发泡倍率及泡孔结构的影响规律,各部分要点如下:1、采用基于统计力学的巨正则蒙特卡洛方法(GCMC)模拟了 CO2、异丁烷在PP中的溶解度。研究在PP中加入助发泡剂异丁烷,对CO2在PP中的溶解度的影响规律。结果表明:助发泡剂异丁烷的加入提高了 CO2在PP中的溶解度,加入的异丁烷含量为3wt%时,CO2在PP中的溶解度达到最大,相比较于不加异丁烷时,CO2在PP中的溶解度增大了 38.6%。2、采用基于经典力学的分子动力学(MD)模拟耦合Einstein方程,计算了 CO2、异丁烷及CO2、异丁烷复合发泡剂在PP中的扩散系数。结果表明,CO2在PP中的扩散系数比异丁烷高一个数量级。对于复合发泡剂体系,当复合发泡剂中异丁烷所占质量分数超过40wt%时,C02的扩散系数明显上升,反之也相同,复合发泡剂中CO2所占含量分数超过40%时,异丁烷的扩散系数呈现出明显上升的趋势。3、建立了复合发泡剂与PP的气泡成核模型以及气泡生长的模型,研究了复合发泡剂对气泡成核、生长过程的影响规律。在发泡过程中,复合发泡剂中CO2主要作用于气泡成核,异丁烷主要作用于气泡生长。4、利用自行搭建的挤出发泡平台,研究了复合发泡剂对PP挤出发泡的发泡倍率、发泡效率及泡孔结构的影响规律。结果表明,复合发泡剂的使用能显著提高发泡剂的发泡效率及PP的发泡倍率,复合发泡剂的总注入量为PP的5wt%,复合发泡剂中异丁烷所占质量分数为40wt%时,复合发泡剂的发泡效率及PP的发泡倍率达到最大,发泡效率最大为87.7%,相比较于单独使用CO2时,发泡剂的发泡效率提高了 17.5%,PP泡沫发泡倍率最大为19.2倍,比单独使用CO2时,发泡倍率提高了9.1%。PP泡沫的泡孔密度随复合发泡剂中CO2所占质量分数增大而增大,而泡孔平均直径随复合发泡剂中异丁烷所占质量分数的增大而增大。