物理束缚发泡工艺对PMMA基微孔发泡材料结构及力学性能的影响开题报告

全文总字数：5789字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，过度使用化石燃料给我们的现代社会带来了一系列环境和生态问题，包括环境污染、全球变暖和生态恶化。在这方面，世界各国已达成协议，通过发展可持续能源、提高能源效率和减少温室气体排放来实现可持续发展[1]。聚合物泡沫作为一种优良的保温材料，在建筑、包装、运输和航空航天等领域发挥着关键的作用。与其他保温材料相比，它们具有高效隔热、隔音[2-4]、良好的抗压力学性能[5]以及低成本等诸多优点，能够有效地减少能源的消耗。传统的发泡方法是将发泡剂添加到聚合物中，利用机械、化学或物理发泡法直接发泡，但采用上述方法所制备的泡沫塑料的泡孔直径在100μm左右，且泡孔尺寸分布不均匀，大大降低了泡沫的力学性能。与传统泡沫相比，在达到相同强度下，微孔泡沫可以减少10% - 30%的重量，并被用于小众应用，如跑鞋鞋底和汽车内饰部件[6]。

目前，通常采用超临界流体发泡技术制备微发泡材料，国内外已成功制备出各类聚合物基微发泡材料，包括聚苯乙烯(ps)、聚丙烯(pp)、以及聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微孔泡沫等[7、8]。其中pmma微孔泡沫具有良好的生物相容性、耐候性、以及优异的力学性能，最重要的是co₂在pmma中溶解度很高，能够有效采用超临界co₂流体法制备pmma微孔发泡材料[9、10]。

从发泡原理、过程及工艺可以看出影响微孔发泡材料性能的主要因素是泡孔结构，包括泡孔直径、泡孔密度和泡孔直径分布，这些直接影响到微发泡材料的体积密度以及膨胀倍率，并最终决定其性能[5]。微发泡材料的泡孔结构最直接的影响来自于物理束缚发泡工艺参数的调控[11-13]，即饱和温度、饱和压力、饱和时间及泄压速率等。对于pmma发泡体系的超临界研究发现，随着饱和压力的增加和饱和温度的下降，泡孔密度增大，泡孔直径减少，泡孔尺寸分布更均匀[14]。另外，物理束缚发泡方式有利于纳米孔的形成[15]，物理束缚发泡是指在发泡过程中对材料的膨胀行为进行束缚。连小松等[16]采用物理束缚发泡的方式有效降低了泡孔直径。曹晓苗等[17]通过物理束缚发泡工艺获得了泡孔均匀、泡孔直径达321 nm的聚苯乙烯发泡材料。物理束缚发泡不仅能在微观上控制泡孔结构，还能在宏观上提高微孔发泡材料的力学性能和阻燃性能[18,19]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：采用熔融热压法热压得到pmma片材，再利用超临界co₂流体发泡技术，通过调整物理束缚发泡工艺，制备不同结构的微孔泡沫；

材料表征：通过sem和分析天平对制备的pmma泡沫材料的泡孔结构（孔径、泡孔密度、表观密度）进行表征；探究物理束缚工艺对pmma微孔泡沫材料的泡孔结构的影响规律；测试pmma微孔泡沫材料的静态力学性能，研究泡孔结构对力学性能的影响规律，并利用有限元分析探究结构对微孔泡沫力学性能的影响。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－8周：按照设计方案，采用熔融热压法技术热压得聚甲基丙烯酸片材，再利用超临界流体发泡技术制备不同结构的微孔泡沫。

第9－12周：采用fesem表征pmma基微孔泡沫的微观结构，得出不同物理束缚发泡工艺下泡孔结构的变化规律，并测试微孔发泡材料的静态力学性能，利用有限元分析探究结构对力学性能的影响。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] li d h w , yang l , lam j c . zero energybuildings and sustainable development implications – a review[j]. energy, 2013，54(6):1-10.

[2] wang g , zhao j , wang g , et al. low-density andstructure-tunable microcellular pmma foams with improved thermal-insulation andcompressive mechanical properties[j]. european polymer journal, 2017，95:382-393.

[3] sergio estravís, josías tirado-mediavilla,santiago-calvo m , et al. rigid polyurethane foams with infused nanoclays:relationship between cellular structure and thermal conductivity[j]. europeanpolymer journal, 2016，80：1-15.