聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的制备方法.pdf

一种高分子发泡材料技术领域的聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的制备方法，包括：将聚全氟乙丙烯置于含有超临界状态的二氧化碳流体的密闭容器中进行溶胀处理；将密闭容器进行快速卸压处理，使聚全氟乙丙烯中溶解的二氧化碳过饱和发泡，制备得到聚全氟乙丙烯微孔发泡材料。本发明能够通过简单易行的方法从而制备泡孔尺寸在200nm以下的具有优异电性能的FEP微孔发泡材料。

1、  一种聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、将聚全氟乙丙烯置于含有超临界状态的二氧化碳流体的密闭容器中进行溶胀处理；
第二步、将密闭容器进行快速卸压处理，聚全氟乙丙烯中溶解的二氧化碳进行过饱和发泡，制备得到聚全氟乙丙烯微孔发泡材料；
所述的溶胀处理是指：将密闭容器设置温度为40℃，气压为8～20MPa的环境下至少2个小时，二氧化碳充分得到溶解。

2、  根据权利要求1所述的聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的制备方法，其特征是，第一步中所述的聚全氟乙丙烯的体积小于等于密闭容器的容积的二十分之一。

3、  根据权利要求1所述的聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的制备方法，其特征是，所述的快速卸压处理是指：密闭容器以卸压速率至少为5MPa/s的卸压速度卸压至常压。

4、  根据权利要求1所述的聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的制备方法，其特征是，所述的聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的平均泡孔直径为70～168nm，泡孔密度1.92×10¹²~6.77×10¹³/cm³。

聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种高分子发泡材料技术领域的制备方法，具体是一种聚全氟乙丙烯(FEP，Fluorinated-ethylene-propylene)微孔发泡材料的制备方法。
背景技术
微孔发泡塑料是一种性能优异的材料，表现出良好的的力学性能、热性能及加工性能。与未发泡的塑料相比，微孔发泡塑料密度可降低5％～98％，冲击强度可提高5倍，韧性提高5倍，刚性质量比高3～5倍，疲劳寿命延长5倍，具有较低的热导率与介电系数。由于这些独特的性能，使得微孔发泡塑料的应用领域非常宽广。微孔发泡塑料十分适合制造包装件、薄壁罩、电和热绝缘件，可应用于包装盒片、大型壳体制件、建筑材料、汽车内装饰件、家电产品、运动器材、信息工程用品、医疗卫生用品等。此外，开孔型微孔发泡塑料在化工上可以实现低能耗的非均相分离，在医药上能将复杂的药物分离提纯，在能源方面可以广泛地应用于蓄电池隔板隔膜，可使铅酸蓄电池免除维护，并大大提高冷起动性能。
微孔发泡塑料的制备方法主要分为化学方法和物理方法两种。化学发泡一般采用偶氮二甲酰胺等在高温下会分解产生气体的有机物作为发泡剂，有机发泡剂分解后在材料中会有残留，在一些对材料要求高的使用环境(如人体内等)下难以胜任。传统的物理发泡方法是逐渐改变气体的热力学状态，这样产生的泡孔尺寸不均匀，导致发泡塑料的性能受到一定的影响。
超临界气体发泡也是一种物理的发泡方法，但是它与传统的物理发泡有较大的区别。超临界气体发泡成型过程中热力学状态迅速改变，其成核速率及泡核数量大大超过一般物理发泡。再者，超临界气体的传质系数高，可在较短的时间内达到浓度平衡，因而缩短了加工时间。选用二氧化碳作为发泡剂则是因为其环保绿色，对环境无污染，临界条件容易达到，而且它在高分子聚合物中具有很强的穿透溶解能力，有助于提高发泡的效果。
FEP是一种耐高低温性能好，耐磨性好，自润滑性能优良的高分子聚合物材料。它的电绝缘性优异，并且不受工作环境、湿度、温度和频率的影响，具有良好的耐电弧性。同时具有优良的耐化学腐蚀性。还具有生理惰性，可以植入人体内，无毒害。
超临界二氧化碳发泡FEP可以把超临界二氧化碳这种绿色的发泡技术和FEP材料本身优良的性能结合起来，因此可以制备的发泡材料将具备更加优良的性能，满足相关领域发展的要求。经过检索文献发现，目前对于超临界二氧化碳发泡FEP的研究非常少见。
综上所述，专业人员正在努力制备泡孔尺寸在200nm以下的具有优异电性能的FEP微孔发泡材料，至今尚未发现相关技术文献的报道。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的制备方法，相比传统的制备方法得到的发泡材料其泡孔尺寸更小、泡孔密度更高，具备更好的电性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：
第一步、将聚全氟乙丙烯置于含有超临界状态的二氧化碳流体的密闭容器中进行溶胀处理。
所述的溶胀处理是指：将密闭容器设置温度为40℃，气压为8～20MPa的环境下至少2个小时，二氧化碳充分得到溶解；
所述的超临界状态的二氧化碳流体是指二氧化碳的温度大于31.1℃，压力高于7.4MPa。
所述的聚全氟乙丙烯的体积小于等于密闭容器的容积的二十分之一。
第二步、将密闭容器进行快速卸压处理，聚全氟乙丙烯中溶解的二氧化碳进行过饱和发泡，制备得到聚全氟乙丙烯微孔发泡材料。
所述的快速卸压处理是指：密闭容器以卸压速率至少为5MPa/s的卸压速度卸压至常压。
所述的聚全氟乙丙烯微孔发泡材料的平均泡孔直径为70~168nm，泡孔密度1.92×10¹²~6.77×10¹³/cm³。
本发明采用的超临界二氧化碳的发泡方法是一种新型绿色的方法，不会对环境造成任何污染，能够通过简单易行的方法从而制备泡孔尺寸在200nm以下的具有优异电性能的FEP微孔发泡材料。
附图说明
图1为实施例的样品淬断面扫描电镜图；
图2为实施例的样品泡孔直径分布图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
第一步、将FEP原料放入高压反应釜中。FEP的体积不大于高压釜体积的二十分之一，确保有足够的空间发泡成型。关闭高压釜，将钢瓶与高压釜连通，进行低压二氧化碳吹扫，持续数分钟。将高压釜放入40℃水浴锅中，用高压泵将二氧化碳充入高压釜至压力达到8MPa，溶胀两小时。
第二步、将高压釜取出，快速卸压至表压为常压，卸压速率为5MPa/s。
本实施例通过以下方式进行检测鉴定：
采用扫描电镜(SEM)对发泡FEP样品淬断面进行分析，以考察发泡FEP的泡孔密度和泡孔直径大小。分析仪器为日本Hitachi High-Technologies公司S-2150型扫描电镜。
如图1所示，为FEP发泡样品淬断面扫描电镜图，图中已标有放大倍数及尺寸。从SEM照片中统计微孔个数n，确定照片面积A(cm²)以及发泡前后的密度之比η。泡孔密度的计算采用文献Hani E.Naguib，Chul B.Park.Strategies forAchieving Ultra Low-Density Polypropylene Foams.Polymer Engineering andScience，42(7)：1481-1492(2004)提供的方法，泡孔密度N_p为：
Np=(nA)32η]]>
如图1和图2所示，所得发泡样品的平均泡孔直径为168nm，泡孔密度为1.92×10¹²/cm³。从泡孔形态上看，泡孔呈球形。
实施例2
第一步、将FEP原料放入高压反应釜中。FEP的体积不大于高压釜体积的二十分之一，确保有足够的空间发泡成型。关闭高压釜，将钢瓶与高压釜连通，进行低压二氧化碳吹扫，持续数分钟。将高压釜放入40℃水浴锅中，用高压泵将二氧化碳充入高压釜至压力达到14MPa，溶胀两小时。
第二步、将高压釜取出，快速卸压至表压为常压，卸压速率为5MPa/s。
所得发泡样品的平均泡孔直径为89nm，泡孔密度为4.51×10¹³/cm³。
实施例3
第一步、将FEP原料放入高压反应釜中。FEP的体积不大于高压釜体积的二十分之一，确保有足够的空间发泡成型。关闭高压釜，将钢瓶与高压釜连通，进行低压二氧化碳吹扫，持续数分钟。将高压釜放入40℃水浴锅中，用高压泵将二氧化碳充入高压釜至压力达到20MPa，溶胀两小时。
第二步、将高压釜取出，快速卸压至表压为常压，卸压速率为5MPa/s。
所得发泡样品的平均泡孔直径为70nm，泡孔密度为6.77×10¹³/cm³。