国内超临界发泡技术的应用研究
超临界流体既有气体压缩或膨胀性质,又有液体流动性和热传导性能,也可通过压力调节流体的性质。
由于CO2的临界温度比较低(364.2K),临界压力也不高(7.28MPa),无毒无臭无公害,所以在实际操作中常使用CO2超临界流体。
其发泡过程可以分为 4个阶段,分别为:
(1) 使超临界流体进入聚合物基体中,达到饱和状态,形成聚合物/气体均相体系;
(2)温度骤升或压力骤降使均相体系内的气体达到过饱和状态,即热力学不稳定状态,从而引起气泡成核;
(3)气体快速扩散入气泡核中,泡孔逐渐长大;
(4)快速降温,完成泡孔结构的定型。
发泡原理示意图
超临界发泡技术是近20年快速发展起来的制备微孔塑料最有效方法,这里的微孔结构类似爆米花结构。近年来,在各大领域都有了广泛的应用。
(1)当材料中的泡孔小于该材料零件的内部缺陷时,材料的强度并不会因为泡孔的存在而降低;
(2)微孔的存在使得材料中的裂纹尖端被钝化,防止裂纹在应力作用下的扩展,从而改善材料的机械性能。
主要应用案例——
鞋材
超临界发泡成型技术逐渐成为鞋材领域的“黑科技”势力,慢慢的推向市场,应用超临界发泡工艺的TPU鞋材回头率高达99%,属实是王者中的王者!
经过加压加热预处理后,原来5毫米大小的颗粒可以像爆米花一样膨胀。在这个过程中,内含微型密闭气泡的椭圆形微球的体积将增大10倍。
这些密闭气泡能够赋予发泡微球以优异的弹性和需要的回弹效果,防震效果极佳。
交通工具
超临界发泡材料应用于汽车内饰、轨道交通等领域,有其独特的优势:
1) 无VOC,无任何异味,彻底解决气味问题;
2) 轻量化,密度可低至30Kg/m3,可为整车减重;
3) 轻质高强,综合力学性能优于传统发泡材料;
4) 非交联,可再回收利用;
5) 优异的隔热、减震、防水、隔音性能。
超临界发泡材料在汽车上的应用
新能源电池
超临界发泡POE应用于新能源电池隔热垫片,主要起到补偿装配公差和隔热缓冲的作用。同时还具有质量轻,密度低,蠕变性能好,耐化学腐蚀,耐电压击穿,热稳定性能好等优良性能。
超临界发泡POE应用于新能源电池隔热垫片
5G行业应用
超临界发泡PP应用于5G天线罩,其高强度,满足了抗风要求以及满足户外10年以上的抗光氧老化要求,表面不挂水,表面具有类似荷叶表面的超疏水层。
超临界发泡PP应用于5G天线罩
近年来,随着我国风电机组技术的不断提高和风电装机规模的稳步增长,直接带来了成本的降低。昔日昂贵的能源,但是如今变成许多地方价格最低的一种新能源。我国也在2020年到2022年取消风电行业补贴。相信在未来超临界发泡材料将会应用到更多领域!