[发明专利]基于梯度温度的梯度多孔聚合物泡沫材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于梯度温度的梯度多孔聚合物泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备片状聚合物坯体，(2)采用超临界流体或高压流体对片状坯体进行处理使聚合物坯体充分吸附物理发泡剂，(3)将充分吸附了物理发泡剂的聚合物坯体从高压反应釜中快速取出并置于预先加热至发泡温度T的热台上使聚合物坯体单面受热使得充分吸附了物理发泡剂的聚合物坯体从受热面到未受热面形成温度梯度，在保持热台的温度为T的条件下发泡，即得梯度多孔聚合物泡沫材料。本发明简化了现有梯度多孔聚合物泡沫的制备工艺、降低了发泡工艺条件的控制难度、提高了制备工艺的适用性。

技术领域

本发明属于聚合物泡沫材料领域，涉及基于梯度温度的梯度多孔聚合物泡沫材料的制备方法。

背景技术

功能梯度材料(Functionally Gradient Materials)，简称FGM，是指组分或微结构并非均匀，而是沿着空间的某一方向呈现梯度变化的材料。由于FGM结构和功能的可设计性，近年来受到了研究者的广泛关注。梯度多孔材料作为功能梯度材料的重要分支，其泡孔密度或尺寸在其厚度方向上呈梯度变化，从而表现出独特的性能，如吸音、减震、阻尼、电磁屏蔽等，也被广泛应用于多级过滤，组织工程等领域。

超临界流体或高压流体发泡是制备梯度多孔的聚合物材料的方法之一，从结构设计的角度来说，利用超临界流体或高压流体发泡法制备梯度多孔材料的思路主要有以下几种：(1) 层层叠压，将具有不同发泡能力的片层叠合起来，在超临界流体或高压流体中饱和后进行发泡。该方法工艺繁琐，不能实现连续的梯度变化，并且层间熔接较差使得最终制品的力学性能较差。(2)设置浓度梯度，通过严格控制饱和时间，让超临界流体或高压流体在坯材中不完全饱和并形成浓度梯度，然后发泡形成梯度泡孔。该方法需要严格控制饱和的时间，对不同材料来说所需的饱和时间不同，较难探索出合适的条件，并且部分聚合物因为吸附量不足会出现不发泡的情况。(3)设置预硫化梯度，对需要硫化的橡胶材料来说，在发泡坯体的制备过程中通过调控压机上下模的温度差，在坯体厚度方向上形成预硫化梯度，然后在超临界流体或高压流体中饱和，泄压，由于不同预硫化程度的橡胶的发泡能力不同，因而形成了梯度多孔的橡胶泡沫材料，如CN108795052A公开的具有梯度泡孔结构的橡胶泡沫材料的制备方法。该方法仅适用于需要硫化的橡胶或弹性体材料，其普遍适用性受到了一定的限制。(4) 设置不同的表层和内部微结构，如CN110204778A公开的具有梯度孔结构的聚合物发泡材料的制备方法。该方法采用注塑成型的方法制备聚合物坯体，利用注塑成型坯体表层与内部分子链取向程度与内应力的差异，可制得由表层到芯层方向呈现梯度分布的泡孔结构，但该方法要严格控制发泡温度，从而使坯体在饱和和发泡过程中不至于发生解取向、内应力的松弛。

综上所述，现有超临界流体或高压流体发泡制备梯度多孔的聚合物材料的方法中，梯度泡孔结构的形成依赖于聚合物坯体结构、坯体的成型工艺、发泡剂的浓度梯度或者预硫化梯度。而依赖于这些发泡机理的方法都存在上述各自的缺陷，特别是对发泡起到关键作用的工艺条件控制难度大、工艺繁琐、适用范围小。因此，亟待提出一种操作简便、发泡工艺条件容易控制、对坯体成型工艺、对聚合物种类没有特殊要求的具有普适性的连续梯度变化多孔结构聚合物泡沫材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于梯度温度的梯度多孔聚合物泡沫材料的制备方法，以简化现有梯度多孔聚合物泡沫的制备工艺、降低发泡工艺条件的控制难度、提高制备工艺的适用性，同时获得泡孔尺寸、泡孔密度、材料密度均呈连续梯度变化的多孔聚合物材料。