聚丙烯/废旧轮胎胶粉共混发泡性能及力学行为研究

本项目以超临界二氧化碳为物理发泡剂，以自行研制的发泡模拟实验装置来制备聚丙烯/废旧轮胎胶粉共混发泡复合材料。研究加工参数，胶粉改性及相容剂对泡孔结构的影响、共混物微观形态对泡孔结构的影响规律以及共混发泡的成核机理。通过发泡复合材料的力学性能试验，研究泡孔结构和废旧轮胎胶粉对发泡复合材料的压缩性能的影响和破坏过程，并分析其压缩破坏的机理。通过修正的Gibson、Rusch、Kerner模型对压缩性能进行预测，将预测值与实验数据进行比较，建立由粘弹塑性模型（发泡聚丙烯）和线弹性模型（胶粉）组成的压缩本构关系模型。最后用有限元方法，采用不同的模型（几何、离散或结构）对不同密度，不同胶粉填充比的共混发泡复合材料的压缩变形过程进行模拟分析。

本项目按照项目任务书的（一）研究内容和（二）研究方案进行研究，很好的达到了项目任务书中（三）的预期研究结果。具体如下： . 本研究首先通过沥青改性胶粉及采用相容剂与聚丙烯共混制备了性能优良的热塑性弹性体材料，并通过间歇式发泡方法，采用超临界二氧化碳为发泡剂制备了聚丙烯/胶粉共混物的发泡材料，讨论了共混物成分对共混物的结晶度，二氧化碳的吸附行为，以及相应的共混物的泡孔结构，研究加工参数，胶粉改性及相容剂对泡孔结构的影响、共混物微观形态对泡孔结构的影响规律以及共混发泡的成核机理。结果表面，胶粉通过沥青改性后或加入相容剂，可以明显的提高热塑性弹性体的拉断伸长率；随着胶粉含量的增加，共混物的结晶度下降，二氧化碳在共混物中的溶解度和扩散系数增加；马来酸酐接枝聚丙烯/胶粉的共混物与相同比例的聚丙烯/胶粉共混物相比，具有较低的结晶度和较低的二氧化碳溶解度和扩散系数。聚丙烯和废旧胶粉的不相容性，较弱的界面结合力、胶粉的成核剂的作用和异相成核机理，使得聚丙烯/胶粉简单共混物发泡体具有双孔结构，并且破坏了泡孔的均匀性，并且随胶粉含量的增加，泡孔密度减少。马来酸酐接枝聚丙烯/胶粉共混发泡体具有均匀的泡孔结构，是因为共混物反应挤出过程中废旧胶粉上的-OH基团与MA基团产生化学反应，从而使得基体材料与胶粉有强的界面结合力，改善了相容性，使得泡孔变小，泡孔密度增大，从而制得具有均匀泡孔结构的发泡体。胶粉通过沥青改性后，可发泡热塑性弹性体的泡孔平均直径增大、泡孔密度减少、相对密度减小，但是随着沥青用量的增加，材料的粘度降低，从而出现泡孔破裂和塌陷现象，最后导致泡孔平均直径和泡孔密度减小，相对密度增加。相容剂SEBS-g-MA同样可以提高热塑性弹性体的拉断伸长率并改善泡孔结构。温度的升高和饱和压力的增大，都导致了发泡弹性体的泡孔增大，泡孔密度和相对密度的减小。本项目的研究成果，对基体树脂材料/粉状填料类型的共混物及发泡体的制备与产业化具有一定的理论与生产指导意义。