CN113150360A - 利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，包括以下步骤：将聚合物/纳米填料预混物热压成型形成坯体，将坯体置于高压腔体中，向高压腔体中通入作为发泡剂的气体对坯体进行溶胀渗透，然后发泡形成蜂窝状的泡孔结构，在发泡过程中，坯体内的纳米填料因受到泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，纳米填料的团聚结构被打破，得到纳米填料分散分布于泡孔壁上的发泡材料；热压去除发泡材料中的泡孔结构，得到纳米填料在基体中均匀分散的聚合物纳米复合材料。本发明可在不破坏填纳米料形貌、不降低纳米填料性能及简化操作和增加环保性的基础上促进纳米填料在基体中的分散，有效改善高分子纳米复合材料的性能。

Description

利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法
技术领域
本发明属于聚合物纳米复合材料制备技术领域，涉及聚合物纳米复合材料中纳米功能填料分散技术，具体涉及利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法
背景技术
高分子材料具有重量轻、柔性、耐腐蚀等优势，在诸多领域广泛应用。与此同时，具有不同形貌结构的碳纳米材料常作为功能填料添加到高分子基体中，例如零维(0D)的炭黑(CB)，一维(1D)的碳纳米管(CNT)以及二维(2D)的石墨烯(GNS))等，这些功能填料可显著提高高分子材料的物理化学性能，使得高分子纳米复合材料广泛地用作智能传感材料、电磁屏蔽材料、介电储能材料、导热材料以及抗老化材料等。
研究发现，高分子纳米复合材料的物理化学性能与其内部功能填料的分布状态密切相关。在导电性能方面，与非均匀分散的功能填料网络结构相比，均匀分散的功能填料更易于形成联通的导电网络结构，从而提高材料的导电性能；在介电性能方面，均匀分散的功能填料可以在高分子材料基体中形成大量的微电容结构，从而显著提高材料的介电常数，降低介电损耗；在抗击穿性能方面，带有团聚体结构的高分子复合材料更易于产生电荷集中，从而降低材料的抗击穿性能；在导热性能方面，均匀分散的功能填料更易于形成相互联通的导热网络结构，从而提高材料的导热性能。然而，由于纳米填料的表面的活性较高，添加到高分子基体中的纳米材料很容易发生团聚现象，从而导致复合材料的物理化学性能降低。
近年来研究人员针对纳米填料填充高分子材料进行了大量研究，但实现高分子材料中纳米填料的均匀分散仍然具有较大难度。目前，研究人员通常使用物理分散法和化学改性法构建碳系填料填充高分子纳米复合材料中碳系导电功能填料均匀分散的3D网络结构。物理分散法包括熔融分散法和超声分散法。化学改性法是指对碳系导电填料表面进行化学改性，例如在CNT表面接枝分子链或者在其表面包覆聚多巴胺包覆层，以提高碳系导电填料表面与高分子基体材料的亲和性，进而提高碳系填料在高分子材料基体中的分散程度。
然而，利用上述物理及化学法提高填料的分散性存在以下问题：(1)在物理分散方面，长时间的熔融共混剪切以及超声分散作用会极大地破坏填料(特别是纤维状和片状填料)的形貌结构，例如，会导致1D纤维状填料的长径比减小、2D片状填料的直径减小，填料形貌结构的改变会造成其物理化学性能的降低。(2)在化学改性方面，化学接枝法和表面包覆法大幅度减小了自由电子的移动，因而不利于相邻碳纳米填料间微电容结构的形成，包覆层的引入还会显著降低材料导热性能；同时，在碳纳米填料表面的化学改性过程中需使用大量有毒溶剂，操作复杂、成本高且对环境有害。因此，若能开发出绿色环保而且可以在不可破坏填料形貌的条件下促进碳系填料在高分子基体中均匀分散的方法，对于促进高分子纳米复合材料的发展是具有重要意义的。
发明内容
针对现有促进填料在高分子基体中分散的方法容易破坏填料形貌结构、降低填料性能以及操作复杂、环保性有限的问题，本发明提供了一种利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，以在不破坏填纳米料形貌、不降低纳米填料性能以及简化操作和增加环保性的基础上促进纳米填料在高分子基体中的分散，有效改善高分子纳米复合材料的性能。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，包括以下步骤：
(1)对聚合物与纳米填料进行熔融共混，制备聚合物/纳米填料预混物；所述纳米填料至少有一个维度达到纳米尺度；
(2)将聚合物/纳米填料预混物热压成型形成坯体，将坯体置于高压腔体中，向高压腔体中通入作为发泡剂的气体，控制高压腔体的温度和压力对坯体进行溶胀渗透使发泡剂在坯体中达到饱和，然后通过泄压法或升温法发泡形成蜂窝状的泡孔结构，在发泡过程中，坯体内的纳米填料因受到泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，纳米填料的团聚结构被打破，发泡完成后，得到纳米填料分散分布于泡孔壁上的发泡材料；
(3)热压去除步骤(2)所得发泡材料中的泡孔结构，得到纳米填料在基体中均匀分散的聚合物纳米复合材料。
上述技术方案中，所述纳米填料为0维纳米填料、1维纳米填料或2维纳米填料，0维纳米填料的粒径处于纳米级，1维纳米填料的直径处于纳米级，2维纳米填料的厚度处于纳米级。在纳米填料的尺寸满足前述要求的基础上，本发明的方法对纳米填料的种类没有特别的限制，例如，本发明的方法对碳系填料、金属和金属氧化物填料以及其他非碳系填料都是适用的。
进一步地，上述技术方案中，当纳米填料为1维纳米填料或2维纳米填料时，为了避免熔融共混过程对纳米填料的形貌造成破坏而导致其性能降低，应控制熔融共混的强度和时间以在熔融共混过程中使纳米填料充分保持自身的形貌。在满足预混的基础上，最好是控制熔融共混的强度尽可能地低，同时共混时间不宜过长，以避免对纳米填料的形貌造成破坏，例如，避免造成纤维状纳米填料的长径比减小、片状填料的尺寸减小。通常，在熔融共混时可采用不超过50rpm的转子转速。
上述技术方案中，可根据实际的应用需求来确定纳米填料的用量，为了提高纳米复合材料的导热或/和导电性能，应使纳米填料相互搭接以形成导电、导热网络，通常需要采用相对较高的纳米填料含量，而为了降低纳米复合材料的介电损耗，通常需要采用相对较低的纳米填料含量。步骤(1)所得聚合物/纳米填料预混物中，纳米填料的含量应确保步骤(2)在发泡的过程中能形成蜂窝状的泡孔结构。通常，聚合物/纳米填料预混物中的纳米填料过高时，容易出现无法发泡形成蜂窝状泡孔结构，甚至是无法发泡的情况。本发明的方法仅适用于坯体能够发泡形成蜂窝状泡孔的情况，因此，对纳米填料的用量有上限要求，而具体的纳米填料用量的上限与具体采用的填料的结构与种类有关。例如，对于碳系填料，特别是1维和2维的碳系填料，步骤(1)所得聚合物/纳米填料预混物中，纳米填料的含量最好是不超过10wt％。
上述技术方案中，所述蜂窝状泡孔结构是指泡孔不是球形的，而是因发泡倍率较高使得泡孔之间相互挤压形成的多面体结构的泡孔。本发明促进纳米填料在聚合物基体中的分散的关键是利用发泡时泡孔壁的生长过程对纳米填料的拉伸作用而将纳米填料彼此分开，打破纳米填料的团聚结构。为了使纳米填料受到尽可能大的拉伸作用，以更好地打破纳米填料的团聚结构，就需要发泡材料具有足够大的发泡倍率，而当发泡形成蜂窝状结构的泡孔时，通常发泡倍率是比较高的，这就是本发明要求步骤(2)发泡形成蜂窝状的泡孔结构的原因所在。
上述技术方案中，为了进一步提高热压法去除泡孔结构的效率，步骤(3)优选在抽真空的条件下热压去除步骤(2)所得发泡材料中的泡孔结构。
上述技术方案中，步骤(1)所述聚合物为热塑性聚合物或橡胶型弹性体，例如聚合物可以是聚偏氟乙烯、热塑性聚氨酯、聚苯乙烯等。
上述技术方案中，步骤(2)向高压腔体中通入作为发泡剂的气体为N2、CO2、惰性气体中的至少一种。
上述技术方案中，步骤(2)在对坯体进行溶胀渗透时，根据不同的聚合物种类来调整和控制高压腔体的温度和压力，不同的聚合物具有不同的加工窗口，参照现有高压流体发泡技术即可确定溶胀渗透时高压腔体的温度和压力。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案可以产生以下有益的技术效果：
1.本发明提供了一种利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，该方法先将聚合物与纳米填料进行熔融共混并热压成型成坯体，然后进行高压流体发泡，在高压流体发泡的过程中，坯体内的纳米填料会受到泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，纳米填料的团聚结构被打破，得到纳米填料分散分布于泡孔壁上的发泡材料，再通过热压去除发泡材料中的泡孔结构，即得纳米填料在基体中均匀分散的聚合物纳米复合材料。相对于现有的物理分散法，本发明可在较低的强度下进行熔融共混，进而避免共混过程对纳米填料的形貌造成明显的破坏，且发泡和去除泡孔的过程也不会对纳米填料的形貌造成明显影响，因而可更好地保持纳米填料(特别是1维和2维纳米填料)本身的形貌，纳米填料形貌的保持有利于改善纳米复合材料的物理化学性能。相对于现有的化学改性法，本发明无需在纳米填料表面引入包覆层等结构和其他的材料，不会造成纳米填料性能的降低，也避免了化学改性过程操作复杂、成本高和环保性有限的问题。本发明的方法无需对纳米填料进行化学改性，同时采用物理发泡剂发泡，不但绿色环保，而且可改善制备得到的纳米复合材料的品质。
2.本发明通过实验证实，采用本发明的方法可有效促进碳系纳米填料在聚合物基体中的分散，解决纳米填料在聚合物基体中团聚的问题，同时有利于更好地保持纳米填料本身的形貌，本发明的方法提高了制备的纳米复合材料的介电性能、抗击穿性能及导热性能。
3.本发明通过实验证实，本发明的方法对1维和2维纳米填料都是适用的，对低含量(例如0.8wt％)和高含量(10wt％)的纳米填料也是适用的，同时本发明的方法对聚合物基体材料的适用范围广，对热塑性聚合物及橡胶弹性体类型的高分子基体材料都是适用，因而可在多种条件下促进纳米填料在高分子基体中的分散，可用于制备各种性能需求的纳米复合材料。
附图说明
图1的(a)(b)两图是实施例1中CNF/PVDF发泡材料的SEM图，(c)图是实施例1中CNF/PVDF预混物在热压成型后的SEM图，(d)图是实施例1中CNF/PVDF纳米复合材料的SEM图。
图2是的(a)(b)两图分别是实施例1和对比例1制备的CNF/PVDF纳米复合材料以及PVDF的介电常数和介电损耗随频率变化情况，图中的0wt％、0.8wt％和D0.8wt％分别代表PVDF、对比例1制备的CNF/PVDF纳米复合材料和实施例1制备的CNF/PVDF纳米复合材料。
图3是的(a)(b)两图是实施例2中CNF/PVDF发泡材料的SEM图，(c)图是实施例2中CNF/PVDF预混物在热压成型后的SEM图，(d)图是实施例2中CNF/PVDF纳米复合材料的SEM图。
图4是实施例2和对比例2制备的CNF/PVDF纳米复合材料的导热性能测试结果。
图5是的(a)(b)两图是实施例3中CNF/TPU发泡材料的SEM图，(c)图是实施例3中CNF/TPU预混物在热压成型后的SEM图，(d)图是实施例3中CNF/TPU纳米复合材料的SEM图。
图6是实施例4中GNP/PVDF发泡材料在不同放大倍数下的SEM图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明所述利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法作进一步的说明，以下所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明的发明内容和实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下述各实施例和对比例中，聚偏氟乙烯(PVDF)由Solvay公司生产，型号6010；热塑性聚氨酯(TPU)由科思创公司生产，型号9385；碳纳米纤维(CNF)由中国科学院成都有机化学有限公司生产，规格TNGCF；石墨烯纳米片(GNP)由中国科学院成都有机化学有限公司生产，规格TNGNP。
实施例1
本实施例中，提供利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，制备碳系导电填料均匀分散的CNF/PVDF纳米复合材料并对其介电性能进行表征，步骤如下：
(1)制备CNF/PVDF预混物
①将碳纳米纤维(CNF)在于80℃真空干燥12h，将聚偏氟乙烯(PVDF)粒料在80℃真空干燥4h；
②将干燥后的CNF和PVDF粒料加入密炼机中，在200℃，转子转速50rpm条件下熔融共混90s(延长熔融共混时间，会导致CNF的长径比显著降低)，得到CNF/PVDF预混物，该预混物中，CNF的含量为0.8wt％。
(2)发泡
将CNF/PVDF预混物在200℃热压成型，制备成板状坯体，坯体的长度和宽度分别为13mm，厚度为3.5mm。将模压发泡设备升温至168℃，将坯体放入模具型腔，向模具型腔注入二氧化碳，控制模具型腔的压力为13MPa、温度为168℃，保持前述温度和压力条件溶胀1h，二氧化碳在坯体中达到饱和，快速泄压发泡，在发泡过程中，坯体内的CNF因泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，在发泡过程中，坯体内的填料因受到泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，CNF的团聚结构被打破，发泡完成后，得到CNF分散分布于泡孔壁上的CNF/PVDF发泡材料。
(3)去泡孔
在抽真空的条件下对步骤(2)所得CNF/PVDF发泡材料在200℃的条件下进行热压以去除泡孔结构，制备得到CNF均匀分散的CNF/PVDF纳米复合材料，该纳米复合材料的尺寸为：直径25mm，厚度1mm。
图1的(a)(b)两图是实施例1中CNF/PVDF发泡材料的SEM图，(c)图是实施例1中CNF/PVDF预混物在热压成型后的SEM图，(d)图是实施例1中CNF/PVDF纳米复合材料的SEM图。由图1的(b)图可知，CNF/PVDF发泡材料具有蜂窝状泡孔结构，说明其发泡倍率较高。由图1的(a)图可知，CNF是分布在CNF/PVDF发泡材料的泡孔壁上的，说明在发泡过程中，坯体内的CNF会受到泡孔壁生长过程的拉伸作用，随着泡孔壁的不断生长，CNF会彼此分散开，CNF的团聚结构会被打破。从图1的(d)图中未观察到CNF/PVDF纳米复合材料中有CNF团聚的问题，而在图1的(c)图中则发现CNF有明显的团聚现象。对比图1的(c)(d)两图可知，本实施例通过发泡-去泡孔的操作，有效地促进了CNF在PVDF基体中的分散，解决了CNF在PVDF基体中团聚的问题，得到了CNF均匀分散的CNF/PVDF纳米复合材料。
对比例1
将实施例1的步骤(1)制备的CNF/PVDF预混物在200℃热压成型，制备成直径为25mm，厚度为1mm的CNF/PVDF纳米复合材料。
将实施例1和对比例1制备的CNF/PVDF纳米复合材料样品的正反两面进行喷金以消除接触电阻，然后利用宽频介电谱测试其介电常数和介电损耗，结果如图2和表1所示。图2的(a)图是实施例1和对比例1制备的CNF/PVDF纳米复合材料以及PVDF的介电常数随频率变化情况，图2的(b)图是实施例1和对比例1制备的CNF/PVDF复合材料以及PVDF的介电损耗随频率变化情况。
表1.对比例1和实施例1制备的CNF/PVDF纳米复合材料的电压击穿性能
Figure BDA0003070177250000061
由图2可知，相对于对比例1，实施例1的方法可降低CNF/PVDF复合材料的介电损耗，同时改善其抗击穿性能。这也说明本发明采用的发泡-去泡孔的操作有效改善了CNF在PVDF基体材料中的分散性。
实施例2
本实施例中，提供利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，制备碳系导电填料均匀分散的CNF/PVDF纳米复合材料并对其导热性能进行表征，步骤如下：
(1)制备CNF/PVDF预混物
①将CNF在于80℃真空干燥12h，将PVDF粒料在80℃真空干燥4h；
②将干燥后的CNF和PVDF粒料加入密炼机中，在200℃，转子转速50rpm条件下熔融共混90s，得到CNF/PVDF预混物，该预混物中，CNF的含量为10wt％。
(2)发泡
将CNF/PVDF预混物在200℃热压成型，制备成板状坯体，坯体的长度和宽度分别为13mm，厚度为3.5mm。将模压发泡设备升温至168℃，将坯体放入模具型腔，向模具型腔注入二氧化碳，控制模具型腔的压力为13MPa、温度为168℃，保持前述温度和压力条件溶胀1h，二氧化碳在坯体中达到饱和，快速泄压发泡，在发泡过程中，坯体内的CNF因泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，在发泡过程中，坯体内的填料因受到泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，CNF的团聚结构被打破，发泡完成后，得到CNF分散分布于泡孔壁上的CNF/PVDF发泡材料。
(3)去泡孔
在抽真空的条件下对步骤(2)所得CNF/PVDF发泡材料在200℃的条件下进行热压去除泡孔结构，制备得到CNF均匀分散的CNF/PVDF纳米复合材料，该纳米复合材料的尺寸为：直径25mm，厚度1mm。
图3的(a)(b)两图是实施例2中CNF/PVDF发泡材料的SEM图，(c)图是实施例2中CNF/PVDF预混物在热压成型后的SEM图，(d)图是实施例2中CNF/PVDF纳米复合材料的SEM图。由图3的(b)图可知，CNF/PVDF发泡材料具有蜂窝状泡孔结构，说明其发泡倍率较高。由图3的(a)图可知，CNF是分布在CNF/PVDF发泡材料的泡孔壁上的，说明在发泡过程中，坯体内的CNF会受到泡孔壁生长过程的拉伸作用，随着泡孔壁的不断生长，CNF会彼此分散开，CNF的团聚结构会被打破。从图3的(d)图中未观察到CNF/PVDF纳米复合材料中有CNF团聚的问题，而在图3的(c)图中则发现CNF有明显的团聚现象。对比图3的(c)(d)两图可知，本实施例通过发泡-去泡孔的操作，有效地促进了CNF在PVDF基体中的分散，解决了CNF在PVDF基体中团聚的问题，得到了CNF均匀分散的CNF/PVDF纳米复合材料。
对比例2
将实施例2的步骤(1)制备的CNF/PVDF预混物在200℃热压成型，制备成直径为25mm，厚度为1mm的CNF/PVDF纳米复合材料。
利用闪射法导热系数测试仪测试实施例2和对比例2制备的CNF/PVDF纳米复合材料的热导率，结果如图4所示。由图4可知，实施例2制备的CNF/PVDF纳米复合材料在25℃、50℃以及90℃的热导率均明显高于对比例2制备的CNF/PVDF纳米复合材料在相应温度的热导率。这也说明本发明采用的发泡-去泡孔的操作有效改善了CNF在PVDF基体材料中的分散性。
结合实施例1～2可知，本发明提供的方法对于促进不同填料含量水平的纳米填料在聚合物基体中的分散都具有较好的效果，例如，实施例1～2中，当CNF含量在0.8wt％和10wt％时，本发明的方法都能够有效地促进CNF在PVDF基体中的分散，避免CNF在CNF/PVDF纳米复合材料中发生团聚。
实施例3
本实施例中，提供利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，纳米填料均匀分散的CNF/TPU纳米复合材料并对CNF的分散行为进行SEM表征，步骤如下：
(1)制备CNF/TPU预混物
①将CNF在于80℃真空干燥12h，将TPU粒料在80℃真空干燥4h；
②将干燥后的CNF和TPU粒料加入密炼机中，在180℃，转子转速50rpm条件下熔融共混90s，得到CNF/TPU预混物，该预混物中，CNF的含量为8wt％。
(2)发泡
将CNF/TPU预混物在200℃热压成型，制备成板状坯体，坯体的长度和宽度分别为13mm，厚度为3.5mm。将模压发泡设备升温至180℃，将坯体放入模具型腔，向模具型腔注入二氧化碳，控制模具型腔的压力为9MPa、温度为180℃，保持前述温度和压力条件溶胀1.5h，二氧化碳在坯体中达到饱和，快速泄压发泡，在发泡过程中，坯体内的CNF因泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，在发泡过程中，坯体内的填料因受到泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，CNF的团聚结构被打破，发泡完成后，得到CNF分散分布于泡孔壁上的CNF/TPU发泡材料。
(3)去泡孔
在抽真空的条件下对步骤(2)所得CNF/TPU发泡材料在180℃的条件下进行热压去除泡孔结构，制备得到CNF均匀分散的CNF/TPU纳米复合材料，该纳米复合材料的尺寸为：直径25mm，厚度1mm。
图5的(a)(b)两图是实施例3中CNF/TPU发泡材料的SEM图，(c)图是实施例3中CNF/TPU预混物在热压成型后的SEM图，(d)图是实施例3中CNF/TPU纳米复合材料的SEM图。由图5的(b)图可知，CNF/TPU发泡材料具有蜂窝状泡孔结构，说明其发泡倍率较高。由图5的(a)图可知，CNF是分布在CNF/TPU发泡材料的泡孔壁上的，说明在发泡过程中，坯体内的CNF会受到泡孔壁生长过程的拉伸作用，随着泡孔壁的不断生长，CNF会彼此分散开，CNF的团聚结构会被打破。从图5的(d)图中未观察到CNF/TPU纳米复合材料中有CNF团聚的问题，而在图5的(c)图中则发现CNF有明显的团聚现象。对比图5的(c)(d)两图可知，本实施例通过发泡-去泡孔的操作，有效地促进了CNF在TPU基体中的分散，解决了CNF在TPU基体中团聚的问题，得到了CNF均匀分散的CNF/TPU纳米复合材料。
结合实施例1～3可知，本发明提供的方法对于促进不同填料含量水平的纳米填料在不同聚合物基体中的分散都具有较好的效果，例如，实施例1～3中，当聚合物基体为PVDF和TPU，CNF含量在0.8wt％、8wt％和10wt％时，本发明的方法都能够有效地促进CNF在聚合物基体中的分散，避免CNF发生团聚。
实施例4
本实施例中，提供利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，制备碳系导电填料均匀分散的GNP/PVDF纳米复合材料并对其介电性能进行表征，步骤如下：
(1)制备GNP/PVDF预混物
①将石墨烯纳米片(GNP)在于80℃真空干燥12h，将PVDF粒料在80℃真空干燥4h；
②将干燥后的GNP和PVDF粒料加入密炼机中，在200℃，转子转速50rpm条件下熔融共混90s，得到GNP/PVDF预混物，该预混物中，GNP的含量为3wt％。
(2)发泡
将GNP/PVDF预混物在200℃热压成型，制备成板状坯体，坯体的长度和宽度分别为13mm，厚度为3.5mm。将模压发泡设备升温至168℃，将坯体放入模具型腔，向模具型腔注入二氧化碳，控制模具型腔的压力为12MPa、温度为168℃，保持前述温度和压力条件溶胀1h，二氧化碳在坯体中达到饱和，快速泄压发泡，在发泡过程中，坯体内的GNP因泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，在发泡过程中，坯体内的填料因受到泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，GNP的团聚结构被打破，发泡完成后，得到GNP分散分布于泡孔壁上的GNP/PVDF发泡材料。
(3)去泡孔
在抽真空的条件下对步骤(2)所得GNP/PVDF发泡材料在200℃的条件下进行热压去除泡孔结构，制备得到GNP均匀分散的GNP/PVDF纳米复合材料，该纳米复合材料的尺寸为：直径25mm，厚度1mm。
图6是实施例4中GNP/PVDF发泡材料在不同放大倍数下的SEM图，由图6可知，GNP/PVDF发泡材料具有蜂窝状泡孔结构，说明其发泡倍率较高，且GNP是分散分布在GNP/PVDF发泡材料的泡孔壁上的，说明在发泡过程中，坯体内的GNP会受到泡孔壁生长过程的拉伸作用，随着泡孔壁的不断生长，GNP会彼此分散开，GNP的团聚结构会被打破。在此基础上，经过步骤(3)热压去除泡孔结构的操作后，得到的GNP/PVDF纳米复合材料中的GNP也是均匀分散在PVDF基体中的，进而解决GNP容易在聚合物基体中团聚的问题。
结合实施例1～4可知，本发明提供的方法对于促进不同种类、不同含量的纳米在不同聚合物基体中的分散都具有较好的效果。

Claims (8)

1.一种利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对聚合物与纳米填料进行熔融共混，制备聚合物/纳米填料预混物；所述纳米填料至少有一个维度达到纳米尺度；
(2)将聚合物/纳米填料预混物热压成型形成坯体，将坯体置于高压腔体中，向高压腔体中通入作为发泡剂的气体，控制高压腔体的温度和压力对坯体进行溶胀渗透使发泡剂在坯体中达到饱和，然后通过泄压法或升温法发泡形成蜂窝状的泡孔结构，在发泡过程中，坯体内的纳米填料因受到泡孔壁生长过程的拉伸作用而彼此分散开，纳米填料的团聚结构被打破，发泡完成后，得到纳米填料分散分布于泡孔壁上的发泡材料；
(3)热压去除步骤(2)所得发泡材料中的泡孔结构，得到纳米填料在基体中均匀分散的聚合物纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，其特征在于，所述纳米填料为0维纳米填料、1维纳米填料或2维纳米填料，0维纳米填料的粒径处于纳米级，1维纳米填料的直径处于纳米级，2维纳米填料的厚度处于纳米级。
3.根据权利要求2所述利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，其特征在于，当纳米填料为1维纳米填料或2维纳米填料时，应控制熔融共混的强度和时间以在熔融共混过程中使纳米填料充分保持自身的形貌。
4.根据权利要求1所述利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，其特征在于，步骤(1)所得聚合物/纳米填料预混物中，纳米填料的含量应确保步骤(2)在发泡的过程中能形成蜂窝状的泡孔结构。
5.根据权利要求4所述利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，其特征在于，步骤(1)所得聚合物/纳米填料预混物中，纳米填料的含量不超过10wt％。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，步骤(3)在抽真空的条件下热压去除步骤(2)所得发泡材料中的泡孔结构。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，其特征在于，步骤(1)所述聚合物为热塑性聚合物或橡胶型弹性体。
8.根据权利要求1至5中任一权利要求所述利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法，其特征在于，步骤(2)向高压腔体中通入作为发泡剂的气体为N2、CO2、惰性气体中的至少一种。
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