CN113444278B - 利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，该方法采用高压釜与超声波振动系统进行发泡，超声波振动系统的超声波变幅杆设置于高压釜的高压腔体内，包括以下步骤：(1)将聚合物坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压流体，控制高压釜的温度和压力对聚合物坯体进行溶胀渗透；(2)完成溶胀渗透过程后，采用快速卸压法使聚合物坯体发泡，将发泡后的聚合物坯体淬冷或后硫化使泡孔结构定型，得到聚合物泡沫材料；步骤(1)(2)中的至少一个步骤需要在开启超声的条件进行。本发明可在溶胀渗透过程增加高压流体在聚合物坯体中的溶解度，可在发泡过程增加泡孔成核密度，最终增加聚合物泡沫材料的泡孔密度。

Description

利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法
技术领域
本发明属于聚合物泡沫材料制备技术领域，涉及利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法。
背景技术
聚合物泡沫材料是一种以聚合物为基体，引入大量泡孔后形成的多孔材料，集聚合物材料与泡沫材料的特性于一体。聚合物由于具有比重轻、韧性好、耐腐蚀性好、加工成型简单、可循环性能良好、可回收以及可重复利用等优良特性而广泛应用于包装、电器仪表、汽车、医疗、机械零件、航空航天等领域。聚合物泡沫材料在具有上述优良性能的基础上，还具有密度低、隔热隔音、比强度高、缓冲性能好等优点，可用作密封、减震、绝缘以及绝热保温等高性能材料，因此在包装业、工业、农业、交通运输业、军事工业、航天工业以及日用品等领域得到了广泛的应用。
制备聚合物泡沫材料的方法包括物理发泡法和化学发泡法。传统的化学发泡方法常用氯氟烃化合物和碳氢化合物等作为发泡剂，氯氟烃化合物会破坏臭氧层，碳氢化合物易燃，并且化学发泡剂会残留在泡沫制品中，安全性和环保性有限。随着人们环保意识的提高，采用洁净、廉价、环境友好的CO2和N2作为物理发泡剂进行发泡的技术得到了广泛的关注。但这些物理发泡剂与聚合物的亲和性不足，在聚合物中溶解度低，在聚合物中扩散速度快，使得发泡得到的聚合物发泡材料在泡孔数量、泡孔尺寸等方面存在一定的限制，导致聚合物发泡材料的外观、力学性能以及阻隔性能等欠佳。
CN101033306A公开了一种制备热塑性树脂发泡制品的方法，该方法将热塑性树脂样品置于高压釜中，通入高压流体，恒温恒压，使高压流体渗透到样品中，然后将高压流体释放，取出样品，放入处于超声波环境的液体介质中发泡得到发泡制品，或者是将高压釜置于油浴或水浴中，对水浴或油浴施加超声波同时将高压流体快速释放，使泡孔成核，样品在高压釜中保温使泡孔增长，得到发泡制品。该方法利用超声辅助作用于成核过程，可提升成核密度。当其采用升温法发泡时，在饱和结束后需卸除压力并打开釜腔取出样品，并立即转移样品至超声水浴中，在实际操作中，难以精确控制转移时间并保持转移时间一致，操作难度大，发泡制品质量的稳定性也难以保证，此外，升温法需要的饱和时间相对较长，不利于生产效率的提高。当其采用降压法发泡时，将高压釜置于油浴或水浴中，向油浴或水浴中施加超声波，超声波需通过高压釜的釜壁才能传播至高压釜内，该过程能量损失较大，难以有效传递超声波能量使其作用于样品，因而促进成核的作用较为有限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，以在溶胀渗透过程增加高压流体在聚合物坯体中的溶解度，在发泡过程增加泡孔成核密度，增加聚合物泡沫材料的泡孔密度。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，该方法采用高压釜与超声波振动系统进行发泡，超声波振动系统的超声波变幅杆设置于高压釜的高压腔体内，包括以下步骤：
(1)将聚合物坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压流体并开启超声，控制高压釜的温度和压力对聚合物坯体进行溶胀渗透；
(2)完成溶胀渗透过程后，关闭超声，然后采用快速卸压法使聚合物坯体发泡，将发泡后的聚合物坯体淬冷或后硫化使泡孔结构定型，得到聚合物泡沫材料；
或者，
(1)将聚合物坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压流体并开启超声，控制高压釜的温度和压力对聚合物坯体进行溶胀渗透；
(2)完成溶胀渗透过程后，采用快速卸压法使聚合物坯体发泡，在快速卸压过程中保持超声开启状态，将发泡后的聚合物坯体淬冷或后硫化使泡孔结构定型，得到聚合物泡沫材料；
或者，
(1)将聚合物坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压流体并控制高压釜的温度和压力对聚合物坯体进行溶胀渗透；
(2)完成溶胀渗透过程后，开启超声，采用快速卸压法使聚合物坯体发泡，将发泡后的聚合物坯体淬冷或后硫化使泡孔结构定型，得到聚合物泡沫材料。
上述技术方案中，超声波振动系统的超声波变幅杆设置于高压釜的高压腔体内的上部，在制备过程中超声波变幅杆不接触聚合物坯体。
上述技术方案中，超声波振动系统施加的超声波的功率优选为45～450W、频率优选为20～50kHz。
上述技术方案中，当步骤(1)需要施加超声时，最好是以间歇施加的方式施加超声，优选地，以每间隔1～5s开启超声1～5s的方式间歇施加超声。
上述技术方案中，步骤(1)在溶胀渗透过程中，高压釜的温度和压力根据所采用的高压流体以及聚合物坯体的聚合物基体的种类进行确定，通常，控制高压釜的温度为0～300℃、压力为0.5～30MPa。进一步地，溶胀渗透的目的是希望高压流体在聚合物坯体中达到饱和或者是平衡状态，具体的溶胀渗透的时间，与高压釜的温度、压力，施加的超声波的频率、功率，以及聚合物坯体的厚度等因素有关，通常，控制溶胀渗透时间为0.1～6h。
上述技术方案中，所述聚合物坯体由聚合物基体材料100质量份、0～30质量份填料以及0～10质量份硫化剂经共混、热压成型或通过挤出造粒制备得到片材或粒料。进一步地，所述聚合物基体材料为热塑性聚合物或弹性体，例如，热塑性聚合物可以选自聚苯乙烯、聚乳酸、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或多种。弹性体可选自聚氨酯、乙烯-辛烯共聚物、聚酰胺类弹性体、丁苯橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶以及天然橡胶中的任意一种。
上述技术方案中，当聚合物基体材料为橡胶弹性体时，在制备聚合物坯体时需要添加硫化剂并且在热压成型时控制热压成型温度使聚合物坯体在热压成型过程中发生预硫化，在卸压发泡后，需要对发泡后的聚合物坯体进行后硫化使泡孔结构定型。预硫化和硫化温度根据选定的硫化剂参照现有技术进行确定。
上述技术方案中，所述的填料可以为纳米级填料或微米级填料，具体的填料的种类和尺度，根据实际应用需求进行选择。例如，常见的填料包括石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米晶须、纳米磷灰石、碳黑、玻璃微珠、云母等。
上述技术方案中，所述高压流体是高压二氧化碳、高压氮气、高压空气、高压氩气或者高压低级烷烃。
本发明利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料，可以增加聚合物泡沫材料的泡孔密度的原因主要如下：
超声波振动具有较高的能量，当其作用于高压流体对聚合物坯体的渗透溶胀过程时，能提高物理发泡剂在聚合物坯体中的溶解度以使得更多的气体用于聚合物坯体的发泡，同时超声波振动具有较高的能量和强烈的空化效应，有利于降低成核所需克服的能垒，形成更多的成核点，增加成核数目。在溶胀渗透过程中提升聚合物对物理发泡剂的吸附量的基础上，在卸压发泡时施加超声波可进一步提升成核点的数目，增加聚合物泡沫中的泡孔总体积，减小聚合物泡沫的密度。同时，本发明将超声波直接施加于高压釜内，超声波通过高压流体传递直接作用于溶胀渗透或/和卸压发泡过程，无需穿透高压釜的壁面传播，能量损失少，作用效率高，可更有效地促进聚合物发泡过程中的成核和气核增长，从而增加泡孔密度。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案产生了以下有益的技术效果：
1.本发明提供了一种利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，该方法将高压釜与超声波振动系统配合使用进行发泡，超声波振动系统的超声波变幅杆位于高压釜的高压腔体内，在溶胀渗透或/和卸压发泡过程中，通过高压釜内的高压流体传递直接作用于聚合物坯体，一方面在溶胀渗透时可提高物理发泡剂在聚合物坯体中的溶解度，以使得后续发泡过程中有更多的气体用于聚合物坯体的发泡，另一方面，在卸压发泡时可降低成核所需克服的能垒，增加成核数目，进而增加聚合物泡沫中的泡孔总体积，减小聚合物泡沫的密度。相对于现有技术中超声波仅作用于发泡过程的方法而言，本发明可在增加聚合物坯体中物理发泡剂含量的基础上来促进成核，更有效地增加泡孔密度。同时，本发明将超声波直接施加于高压釜内，无需穿透高压釜的壁面传播，能量损失少，作用效率高。
2.相对于现有的超声辅助升温法发泡的方式相比，本发明与其成核原理不同，产生的技术效果也不同。升温发泡是因为温度升高导致气体不稳定而成核，卸压发泡是因为压力骤降导致气体不稳定而成核，虽然现有的超声辅助升温法是超声直接作用于发泡介质水浴或油浴，但是，一方面，由于溶胀渗透过程中聚合物吸附的物理发泡剂较为有限，不利于发泡后泡孔总体积的增加，另一方面，升温法发泡需要将吸附物理发泡剂的坯体转移至升温发泡介质中进行发泡，在实际操作中难以精准控制转移时间始终保持一致，而转移过程会造成坯体中吸附的物理发泡剂的含量发生变化，进而降低泡沫制品品质的一致性。而本发明的方法正好可以解决以上两个问题，在不影响泡沫制品品质一致性的基础上增加泡孔体积。
3.本发明所述方法的工艺简单，工艺可控性好，绿色环保，对环境和产品均无污染，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是实施例1制备的PS泡沫材料的扫描电镜图。
图2是实施例1制备的PS泡沫材料的泡孔尺寸分布图。
图3是实施例2制备的PS泡沫材料的扫描电镜图。
图4是实施例2制备的PS泡沫材料的泡孔尺寸分布图。
图5是实施例3制备的PS泡沫材料的扫描电镜图。
图6是实施例3制备的PS泡沫材料的泡孔尺寸分布图。
图7是对比例1制备的PS泡沫材料的扫描电镜图。
图8是对比例1制备的PS泡沫材料的泡孔尺寸分布图。
图9是实施例4制备的TPU泡沫材料的扫描电镜图。
图10是实施例4制备的TPU泡沫材料的泡孔尺寸分布图。
图11是实施例5制备的TPU泡沫材料的扫描电镜图。
图12是实施例5制备的TPU泡沫材料的泡孔尺寸分布图。
图13是实施例6制备的TPU泡沫材料的扫描电镜图。
图14是实施例6制备的TPU泡沫材料的泡孔尺寸分布图。
图15是对比例2制备的PS泡沫材料的扫描电镜图。
图16是对比例2制备的PS泡沫材料的泡孔尺寸分布图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明提供的利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于本发明保护的范围。
下述各实施例和对比例中，采用的超声波振动系统为现有设备，主要由超声波换能器和超声波变幅杆组成，将超声波振动系统的超声波变幅杆设置于高压釜的高压腔体的上部。测量泡沫材料密度时采用的仪器是岛津公司的AUX 120密度天平，扫描电镜测试采用的仪器为日本电子公司(JEOL)的JSM-7500F型扫描电镜。
实施例1
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备聚苯乙烯(PS)泡沫材料，步骤如下：
(1)将PS热压成型，得到厚度为1mm的片状PS坯体，将PS坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳，控制高压釜的温度为80℃、压力为9.5MPa，对PS坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为2h。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，开启超声，控制超声波的功率为450W、频率为20kHz，在超声条件下快速卸压，在卸压过程中，PS坯体在超声环境中由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的PS坯体淬冷使泡孔结构定型，得到PS泡沫材料。超声波具有的较高的能量和强烈的空化效应，有利于降低该步骤成核所需克服的能垒，可形成更多的成核点，从而增加成核数目。
采用密度天平测量PS泡沫材料的密度，结果为0.67g/cm3。将PS泡沫材料在液氮中淬断，对断面进行扫描电镜测试，结果如图1所示，使用图像分析软件统计泡孔尺寸和泡孔密度，泡孔平均尺寸为23.56μm，泡孔密度为2.76×107cell/cm3，泡孔尺寸分布图如图2所示。
实施例2
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备PS泡沫材料，步骤如下：
(1)将PS热压成型，得到厚度为1mm的片状PS坯体，将PS坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳并间歇开启超声，控制高压釜的温度为80℃、压力为9.5MPa，对PS坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为2h，控制超声波的功率为450W、频率为20kHz，超声每间隔2s后开启2s。该步骤中，超声波作用于高压二氧化碳对PS坯体的渗透溶胀过程，能提高高压二氧化碳在PS坯体中的溶解度，有利于高压二氧化碳在PS坯体中的渗透溶胀。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，关闭超声，快速卸压，在卸压过程中，PS坯体由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的PS坯体淬冷使泡孔结构定型，得到PS泡沫材料。
采用密度天平测量PS泡沫材料的密度，结果为0.36g/cm3。将PS泡沫材料在液氮中淬断，对断面进行扫描电镜测试，结果如图3所示，使用图像分析软件统计泡孔尺寸和泡孔密度，泡孔平均尺寸为31.07μm，泡孔密度为3.44×107cell/cm3，泡孔尺寸分布图如图4所示。
实施例3
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备PS泡沫材料，步骤如下：
(1)将PS热压成型，得到厚度为1mm的片状PS坯体，将PS坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳并间歇开启超声，控制高压釜的温度为80℃、压力为9.5MPa，对PS坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为2h，控制超声波的功率为450W、频率为20kHz，超声每间隔2s后开启2s。该步骤中，超声波作用于高压二氧化碳对PS坯体的渗透溶胀过程，能提高高压二氧化碳在PS坯体中的溶解度，有利于高压二氧化碳在PS坯体中的渗透溶胀。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，开启超声，在持续超声的条件下快速卸压，在卸压过程中，PS坯体在超声环境中由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的PS坯体淬冷使泡孔结构定型，得到PS泡沫材料。超声波具有的较高的能量和强烈的空化效应，有利于降低该步骤成核所需克服的能垒，可形成更多的成核点，从而增加成核数目。
采用密度天平测量PS泡沫材料的密度，结果为0.35g/cm3。将PS泡沫材料在液氮中淬断，对断面进行扫描电镜测试，结果如图5所示，使用图像分析软件统计泡孔尺寸和泡孔密度，泡孔平均尺寸为59.62μm，泡孔密度为3.83×107cell/cm3，泡孔尺寸分布图如图6所示。
对比例1
本对比例中，制备PS泡沫材料，步骤如下：
(1)将PS热压成型，得到厚度为1mm的片状PS坯体，将PS坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳，控制高压釜的温度为80℃、压力为9.5MPa，对PS坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为2h。该步骤中不开启超声。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，快速卸压，在卸压过程中，PS坯体由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的PS坯体淬冷使泡孔结构定型，得到PS泡沫材料。该步骤中不开启超声。
采用密度天平测量PS泡沫材料的密度，结果为0.56g/cm3。将PS泡沫材料在液氮中淬断，对断面进行扫描电镜测试，结果如图7所示，使用图像分析软件统计泡孔尺寸和泡孔密度，泡孔平均尺寸为38.66μm，泡孔密度为1.08×107cell/cm3，泡孔尺寸分布图如图8所示。
结合实施例1～3及对比例1可知，对于热塑性的PS来说，在卸压过程中施加超声波，相比较于对比例1的情况，可明显提高泡孔的成核密度。在溶胀渗透(饱和)过程中引入超声波，相比较于对比例1的情况，可在泡孔尺寸变化不明显的情况下，明显提高泡孔密度和降低泡沫材料的密度，说明在饱和过程施加超声波可使更多的二氧化碳进入到聚合物坯体中。在饱和过程和卸压过程中同时引入超声波，相对于对比例1的情况，可不同程度地增加泡孔尺寸和泡孔密度，这也说明超声波同时提高了二氧化碳在聚合物坯体中的溶解度以及泡孔的成核密度。
实施例4
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备热塑性弹性体聚氨酯(TPU)泡沫材料，步骤如下：
(1)将TPU热压成型，得到厚度为1.8mm的片状TPU坯体，将TPU坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳，控制高压釜的温度为120℃、压力为10MPa，对TPU坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为1h。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，开启超声，控制超声波的功率为450W、频率为20kHz，在超声条件下快速卸压，在卸压过程中，TPU坯体在超声环境中由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的TPU坯体淬冷使泡孔结构定型，得到TPU泡沫材料。超声波具有的较高的能量和强烈的空化效应，有利于降低该步骤成核所需克服的能垒，可形成更多的成核点，从而增加成核数目。采用密度天平测量TPU泡沫材料的密度，结果为0.60g/cm3。将TPU泡沫材料在液氮中淬断，对断面进行扫描电镜测试，结果如图9所示，使用图像分析软件统计泡孔尺寸和泡孔密度，泡孔平均尺寸为12.66μm，泡孔密度为1.91×107cell/cm3，泡孔尺寸分布图如图10所示。
实施例5
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备TPU泡沫材料，步骤如下：
(1)将TPU热压成型，得到厚度为1.8mm的片状TPU坯体，将TPU坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳并间歇开启超声，控制高压釜的温度为120℃、压力为10MPa，对TPU坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为1h，控制超声波的功率为450W、频率为20kHz，超声每间隔2s后开启2s。该步骤中，超声波作用于高压二氧化碳对TPU坯体的渗透溶胀过程，能提高高压二氧化碳在TPU坯体中的溶解度，有利于高压二氧化碳在TPU坯体中的渗透溶胀。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，关闭超声，快速卸压，在卸压过程中，TPU坯体由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的TPU坯体淬冷使泡孔结构定型，得到TPU泡沫材料。
采用密度天平测量TPU泡沫材料的密度，结果为0.63g/cm3。将TPU泡沫材料在液氮中淬断，对断面进行扫描电镜测试，结果如图11所示，使用图像分析软件统计泡孔尺寸和泡孔密度，泡孔平均尺寸为14.11μm，泡孔密度为3.65×107cell/cm3，泡孔尺寸分布图如图12所示。
实施例6
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备TPU泡沫材料，步骤如下：
(1)将TPU热压成型，得到厚度为1.8mm的片状TPU坯体，将TPU坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳并间歇开启超声，控制高压釜的温度为120℃、压力为10MPa，对TPU坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为1h，控制超声波的功率为450W、频率为20kHz，超声每间隔2s后开启2s。该步骤中，超声波作用于高压二氧化碳对TPU坯体的渗透溶胀过程，能提高高压二氧化碳在TPU坯体中的溶解度，有利于高压二氧化碳在TPU坯体中的渗透溶胀。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，开启超声，在持续超声的条件下快速卸压，在卸压过程中，TPU坯体在超声环境中由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的TPU坯体淬冷使泡孔结构定型，得到TPU泡沫材料。超声波具有的较高的能量和强烈的空化效应，有利于降低该步骤成核所需克服的能垒，可形成更多的成核点，从而增加成核数目。
采用密度天平测量TPU泡沫材料的密度，结果为0.57g/cm3。将TPU泡沫材料在液氮中淬断，对断面进行扫描电镜测试，结果如图14所示，使用图像分析软件统计泡孔尺寸和泡孔密度，泡孔平均尺寸为21.05μm，泡孔密度为6.22×107cell/cm3，泡孔尺寸分布图如图15所示。
对比例2
本对比例中，制备TPU泡沫材料，步骤如下：
(1)将TPU热压成型，得到厚度为1.8mm的片状TPU坯体，将TPU坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳，控制高压釜的温度为120℃、压力为10MPa，对TPU坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为1h。该步骤中不开启超声。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，快速卸压，在卸压过程中，TPU坯体由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的TPU坯体淬冷使泡孔结构定型，得到TPU泡沫材料。该步骤中不开启超声。
采用密度天平测量TPU泡沫材料的密度，结果为0.81g/cm3。将TPU泡沫材料在液氮中淬断，对断面进行扫描电镜测试，结果如图15所示，使用图像分析软件统计泡孔尺寸和泡孔密度，泡孔平均尺寸为12.66μm，泡孔密度为1.91×107cell/cm3，泡孔尺寸分布图如图16所示。
结合实施例4～6及对比例2可知，对于热塑性弹性体TPU而言，在卸压过程中施加超声波，相比较于对比例2的情况，可明显提高泡孔的成核密度。在溶胀渗透(饱和)过程中引入超声波，相比较于对比例2的情况，可在泡孔尺寸变化不明显的情况下，明显提高泡孔密度和降低泡沫材料的密度，说明在饱和过程施加超声波，可使更多的二氧化碳进入到聚合物坯体中。在饱和过程和卸压过程中同时引入超声波，相对于对比例2的情况，可不同程度地增加泡孔尺寸和泡孔密度，这也说明超声同时提高了二氧化碳在聚合物坯体中的溶解度以及泡孔的成核密度。
实施例7
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备PS泡沫材料，步骤如下：
(1)将PS热压成型，得到厚度为2mm的片状PS坯体，将PS坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳并间歇开启超声，控制高压釜的温度为90℃、压力为9MPa，对PS坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为2h，控制超声波的功率为45W、频率为50kHz，超声每间隔5s后开启1s。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，开启超声，在持续超声的条件下快速卸压，在卸压过程中，PS坯体在超声环境中由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的PS坯体淬冷使泡孔结构定型，得到PS泡沫材料。
实施例8
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备TPU泡沫材料，步骤如下：
(1)将TPU热压成型，得到厚度为3mm的片状TPU坯体，将TPU坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳并间歇开启超声，控制高压釜的温度为150℃、压力为9MPa，对TPU坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为6h，控制超声波的功率为150W、频率为40kHz，超声每间隔1s后开启2s。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，开启超声，在持续超声的条件下快速卸压，在卸压过程中，TPU坯体在超声环境中由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的TPU坯体淬冷使泡孔结构定型，得到TPU泡沫材料。
实施例9
本实施例中，利用超声波辅助高压流体制备PS/PMMA泡沫材料，步骤如下：
(1)将PS粒料与PMMA粒料共混后，通过挤出机进行造粒，得到PS/PMMA共混材料的粒料(聚合物坯体)，聚合物坯体中PMMA的含量为10wt％。将聚合物坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压二氧化碳并间歇开启超声，控制高压釜的温度为110℃、压力为30MPa，对聚合物坯体进行溶胀渗透，溶胀渗透时间为0.5h，控制超声波的功率为450W、频率为20kHz，超声每间隔5s后开启3s。
(2)步骤(1)完成溶胀渗透后，开启超声，在持续超声的条件下快速卸压，在卸压过程中，聚合物坯体在超声环境中由于过饱和态不稳定而成核发泡，将发泡后的聚合物坯体淬冷使泡孔结构定型，得到泡沫粒料，将泡沫粒料经过热压得到PS/PMMA泡沫材料。

Claims (7)

1.利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，其特征在于，该方法采用高压釜与超声波振动系统进行发泡，超声波振动系统的超声波变幅杆设置于高压釜的高压腔体内的上部，在制备过程中超声波变幅杆不接触聚合物坯体，超声波振动系统施加的超声波的功率为45～450W、频率为20～50kHz，包括以下步骤：
(1)将聚合物坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压流体并开启超声，控制高压釜的温度和压力对聚合物坯体进行溶胀渗透；该步骤中，以每间隔1～5s开启超声1～5s的方式间歇施加超声；
(2)完成溶胀渗透过程后，关闭超声，然后采用快速卸压法使聚合物坯体发泡，将发泡后的聚合物坯体淬冷或后硫化使泡孔结构定型，得到聚合物泡沫材料；
或者，
(1)将聚合物坯体置于高压釜中，向高压釜中通入高压流体并开启超声，控制高压釜的温度和压力对聚合物坯体进行溶胀渗透；该步骤中，以每间隔1～5s开启超声1～5s的方式间歇施加超声；
(2)完成溶胀渗透过程后，在开启超声的条件下采用快速卸压法使聚合物坯体发泡，将发泡后的聚合物坯体淬冷或后硫化使泡孔结构定型，得到聚合物泡沫材料。
2.根据权利要求1所述利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，其特征在于，在溶胀渗透过程中，控制高压釜的温度为0～300℃、压力为0.5～30MPa。
3.根据权利要求2所述利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，其特征在于，控制溶胀渗透时间为0.1～6h。
4.根据权利要求1所述利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，其特征在于，所述聚合物坯体由聚合物基体材料100质量份、0～30质量份填料以及0～10质量份硫化剂经共混、热压成型制备得到。
5.根据权利要求4所述利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，其特征在于，所述聚合物基体材料为热塑性聚合物或弹性体。
6.根据权利要求5所述利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，其特征在于，当聚合物基体材料为橡胶弹性体时，在制备聚合物坯体时需要添加硫化剂并且在热压成型时控制热压成型温度使聚合物坯体在热压成型过程中发生预硫化，在卸压发泡后，对发泡后的聚合物坯体进行后硫化使泡孔结构定型。
7.根据权利要求1所述利用超声波辅助高压流体制备聚合物泡沫材料的方法，其特征在于，所述高压流体是高压二氧化碳、高压氮气、高压空气、高压氩气或者高压低级烷烃。
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