CN118005986A - 一种具有梯度介电常数分布的发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有梯度介电常数分布的发泡材料及其制备方法，属于发泡技术领域。本发明提供了一种制备具有梯度介电常数分布的发泡材料的方法，此方法通过介电常数强化剂的引入，一方面，在不影响待发泡聚合物球体发泡性能以及发泡龙勃透镜介电常数分布的情况下，尽可能的增强待发泡聚合物的介电常数，使得发泡材料在介电常数能够达到最理想情况的同时，发泡倍率能够尽可能的大，进而在大幅度降低具有介电常数分布的发泡材料的质量的同时，不会提高其介电损耗，使其具有更显著的轻量化特征，另一方面，在达到与现有技术相同的发泡材料尺寸的前提下，大幅度降低待发泡聚合物球体的尺寸，从而大幅度降低其一次饱和时间，提高发泡材料的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有梯度介电常数分布的发泡材料及其制备方法，属于发泡技术领域。
背景技术
龙伯透镜是一种球形透镜，其从内到外的相对介电常数是符合特定规律逐渐变化的，可以将入射的特定波长的电磁波汇聚，汇聚到球面上的某一个点，也可以将电磁波沿着原方向反射回去。由于具有独特的完美光学聚焦性能，龙伯透镜在航空航天等领域极具应用前景。然而，现有的制备发泡龙勃透镜的方法存在一些问题，这些问题严重阻碍了龙勃透镜在各领域的广泛使用。
例如，公开号为CN110911846A的专利申请文本公开了一种可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，此方法通过多层包裹后进行一次性发泡，从而使介电常数梯度变化，进而制得球状龙伯透镜，其缺点是包裹层数少，介电常数逐渐变化不明显，不能达到要求；公开号为CN109994837A的专利申请文本公开了一种龙伯透镜的生产方法，此方法使用粘合剂进行多层颗粒材料的粘合以制备球状龙伯透镜，该方法需要使用大量的粘合剂，污染环境，且不能保证粘合厚度一致，对性能影响较大，操作繁琐；公开号为CN109687158A的专利申请文本公开了一种适于3D打印的全介质多波束扫描龙伯透镜结构及打印方法，此方法使用3D打印两个半球形透镜以拼接得到球状龙伯透镜，但3D打印成本过高，产业化能力弱，制备时间过长；公开号为CN110401039A的专利申请文本公开了一种龙伯透镜的生产方法，此方法将颗粒材料制作成多层的半球体，再将其拼接成为球体龙伯透镜，此方法虽不使用粘合剂，但不能保证拼接的稳定性，合并处颗粒分布相对也不均匀，影响性能。
为克服上述介电常数逐渐变化不明显、需要使用大量的粘合剂、3D打印成本过高以及需要拼接等问题，公开号为CN109994837A的专利申请文本CN113105665A、CN115873297A和CN116001176A的专利申请文本公开了基于发泡技术的制备龙伯透镜的方法，这类方法制得的龙伯透镜介电常数逐渐变化更为明显，无需粘合剂和3D打印，并且，无需拼接，但是，目前，这类方法采用单纯的聚合物原料，其介电常数本身较低(一般不超过10)，而如果要制备龙勃透镜，则最理想的情况下材料最中心位置介电常数为2，最外侧介电常数为1(不满足此参数会导致龙勃透镜介电损耗)，若单纯使用聚合物材料来制备龙勃透镜，则材料轻量化程度有限，并且，当产品尺寸很大时，需要很长的饱和时间(若要制备直径为150～300mm的龙勃透镜，一般需要长达149～499h的饱和时间)，严重影响生产效率。因此，亟需一种既能够显著降低龙勃透镜重量，又不会提高龙勃透镜介电损耗，同时，还可以大幅度提高龙勃透镜生产效率的制备龙勃透镜的方法。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明提供了一种制备具有梯度介电常数分布的发泡材料的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将待发泡聚合物与介电常数强化剂共混后制成球体，得到待发泡聚合物球体；
步骤二：步骤一结束后，将待发泡聚合物球体放入发泡模具的模腔，将模腔内的温度控制为一次发泡温度T1，并将发泡剂注入模腔，直至模腔内的压力达到一次发泡压力P1；
步骤三：步骤二结束后，将待发泡聚合物球体持续放置于温度为一次发泡温度T1、压力为一次发泡压力P1的模腔，直至发泡剂在待发泡聚合物球体中达到溶解平衡；所述发泡剂在待发泡聚合物球体中达到溶解平衡的时间为一次饱和时间t1；
步骤四：步骤三结束后，将模腔内的压力以一次发泡卸压速率R1泄压至环境压力，使得待发泡聚合物球体发生一次发泡，得到一次发泡聚合物球体；
步骤五：步骤四结束后，将一次发泡聚合物球体在环境温度和环境压力下进行静置；所述一次发泡聚合物球体在环境温度和环境压力下进行静置的时间为静置时间t2；
步骤六：步骤五结束后，将一次发泡聚合物球体放入发泡模具的模腔，将模腔内的温度控制为二次发泡温度T2，并将发泡剂再次注入模腔，直至模腔内的压力达到二次发泡压力P2；
步骤七：步骤六结束后，将一次发泡聚合物球体持续放置于温度为二次发泡温度T2、压力为二次发泡压力P2的模腔，直至发泡剂在一次发泡聚合物球体中再次达到溶解平衡；所述发泡剂在一次发泡聚合物球体中再次达到溶解平衡的时间为二次饱和时间t3；
步骤八：步骤七结束后，将模腔内的压力以二次发泡卸压速率R2泄压至环境压力，使得一次发泡聚合物球体发生二次发泡，得到具有梯度介电常数分布的发泡材料。所述介电常数用于表征介质材料的介电性质，介电常数越高，电磁波的折射率越大。
在本发明的一种实施方式中，所述待发泡聚合物包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯、尼龙、热塑性聚氨酯、聚烯烃弹性体和聚酯弹性体中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，所述介电常数强化剂包括钛酸钡、氧化锆陶瓷粉末、氧化锌陶瓷粉末和氮化硅陶瓷粉末中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，以质量百分比计，所述介电常数强化剂在待发泡聚合物中的添加量为0.1～2％。
在本发明的一种实施方式中，所述共混为使用密炼机或双螺杆挤出机进行共混。
在本发明的一种实施方式中，所述制成球体为使用注塑、热压或挤出成棒材后机加工制成球体。
在本发明的一种实施方式中，所述待发泡聚合物球体的直径为5～1000mm。
在本发明的一种实施方式中，所述一次发泡温度T1＝Tm-40℃～Tm-5℃；式中，Tm为待发泡聚合物的熔化温度。
在本发明的一种实施方式中，所述一次发泡温度T1＝Tm-30℃～Tm-10℃。
在本发明的一种实施方式中，所述一次发泡压力P1＝8～20MPa。
在本发明的一种实施方式中，所述一次发泡压力P1＝10～15MPa。
在本发明的一种实施方式中，所述一次饱和时间t1≥a×(d1/2)1.75；式中，t1为一次饱和时间，单位为h，a为一次饱和系数，a＝0.07762h/mm1.75，d1为待发泡聚合物球体的直径，单位为mm。
在本发明的一种实施方式中，所述一次发泡卸压速率R1＝50～1000MPa/s。
在本发明的一种实施方式中，所述一次发泡卸压速率R1＝150～400MPa/s。
在本发明的一种实施方式中，所述环境温度为15～40℃；所述环境压力为0.101325Pa(1个大气压)。
在本发明的一种实施方式中，所述静置时间t2≥d2/b；式中，t2为静置时间，单位为天，b为静置系数，b＝115天/mm，d2为一次发泡球体的直径，单位为mm。
在本发明的一种实施方式中，所述二次发泡温度T2＝Tm-20℃～Tm℃；式中，Tm为待发泡聚合物的熔化温度。
在本发明的一种实施方式中，所述二次发泡温度T2＝Tm-15℃～Tm-5℃。
在本发明的一种实施方式中，所述二次发泡压力P2＝8～20MPa。
在本发明的一种实施方式中，所述二次发泡压力P2＝10～15MPa。
在本发明的一种实施方式中，所述二次饱和时间0.08h≤t3≤c×d2/2；式中，t3为二次饱和时间，单位为h，c为二次饱和系数，a＝0.07762h/mm，d2为一次发泡球体的直径，单位为mm。
在本发明的一种实施方式中，所述二次发泡卸压速率R2＝50～1000MPa/s。
在本发明的一种实施方式中，所述二次发泡卸压速率R2＝150～400MPa/s。
在本发明的一种实施方式中，所述发泡剂为物理发泡剂；所述物理发泡剂包括N2或CO2中的一种或一种以上。
在本发明的一种实施方式中，所述具有梯度介电常数分布的发泡材料包括龙勃透镜。
在本发明的一种实施方式中，所述龙勃透镜在从内到外的方向上，密度从大变小。
在本发明的一种实施方式中，所述龙勃透镜的相对介电常数在半径方向上的变化规律满足公式式中，εr为所述发泡龙勃透镜某一点处的相对介电常数，无单位，r为发泡龙勃透镜某一点处到球体中心的距离，单位为mm，R为发泡龙勃透镜的半径，单位为mm。
在本发明的一种实施方式中，所述龙勃透镜在从内到外的方向上，介电常数从2.22至1.11递减，相对介电常数从2至1递减。
本发明还提供了一种具有梯度介电常数分布的发泡材料，所述具有梯度介电常数分布的发泡材料由上述方法制得。
在本发明的一种实施方式中，所述具有梯度介电常数分布的发泡材料包括龙勃透镜。
本发明还提供了上述方法在制备具有梯度介电常数分布的发泡材料中的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述具有梯度介电常数分布的发泡材料包括龙勃透镜。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供了一种制备具有梯度介电常数分布的发泡材料的方法，此方法包括：先将待发泡聚合物与介电常数强化剂共混后制成待发泡聚合物球体，再将待发泡聚合物球体经一次发泡、静置和二次发泡制得具有梯度介电常数分布的发泡材料。此方法通过介电常数强化剂的引入，一方面，在不影响待发泡聚合物球体发泡性能以及发泡龙勃透镜介电常数分布的情况下，尽可能的增强待发泡聚合物的介电常数，使得发泡材料在介电常数能够达到最理想情况的同时，发泡倍率能够尽可能的大，进而在大幅度降低具有介电常数分布的发泡材料的质量的同时，不会提高其介电损耗，使其具有更显著的轻量化特征，另一方面，在达到与现有技术相同的发泡材料尺寸的前提下，大幅度降低待发泡聚合物球体的尺寸，从而大幅度降低其一次饱和时间，提高具有介电常数分布的发泡材料的生产效率。
进一步地，以质量百分比计，所述介电常数强化剂在待发泡聚合物中的添加量为0.1～2％。添加量低于0.1％时，介电常数强化剂对介电常数的增强作用有限，添加量高于2％时，介电常数强化剂在聚合物中容易发生团聚，会影响待发泡聚合物球体的发泡性能以及发泡龙勃透镜介电常数的分布。设置此添加量能够在不影响待发泡聚合物球体发泡性能以及发泡龙勃透镜介电常数分布的情况下，尽可能的增强待发泡聚合物的介电常数，进而使得发泡材料在介电常数能够达到最理想情况的同时，发泡倍率能够尽可能的大，最终实现具有梯度介电常数分布的发泡材料的轻量化。
进一步地，所述一次发泡温度T1＝Tm-40℃～Tm-5℃；式中，Tm为待发泡聚合物的熔化温度。如果发泡温度过高，则泡孔生长过大，不利于后续介电常数分布的形成；如果发泡温度太低，则待发泡聚合物饱和时间过长，影响生产效率。设置此一次发泡温度能够使得待发泡聚合物处于较低温度下进行饱和，从而使其内部先形成小气核，进而使其发泡时气体完全用于泡孔生长，而不涉及成核，以在不影响发泡材料介电常数分布的同时提高其生产效率。
进一步地，所述一次发泡温度T1＝Tm-30℃～Tm-10℃。此一次发泡温度下，待发泡聚合物的发泡倍率更佳，在一次发泡后能够得到内外一致的发泡倍率。
进一步地，所述静置时间t2≥d2/b；式中，t2为静置时间，单位为天，b为静置系数，b＝115天/mm，d2为一次发泡球体的直径，mm。设置静置时间的目的是完成一次发泡球体中发泡剂气体与环境中空气的置换，使其不影响后续制程。
进一步地，所述二次发泡温度T2＝Tm-20℃～Tm℃；式中，Tm为待发泡聚合物的熔化温度。设置此二次发泡温度的作用在于使得待发泡聚合物处于适宜温度下进行二次饱和，从而使其发泡倍率更大(最大发泡倍率达到30)，有助于实现具有梯度介电常数分布的发泡材料的轻量化。针对不同待发泡聚合物，其发泡温度略有差异。
进一步地，所述二次发泡温度T2＝Tm-15℃～Tm-5℃。此二次发泡温度下制得的发泡材料介电常数分布更佳。
进一步地，所述二次饱和时间0.08h≤t3≤c×d2/2；式中，t3为二次饱和时间，单位为h，c为二次饱和系数，a＝0.07762h/mm，d2为一次发泡球体的直径，mm。二次发泡时间与一次发泡球体直径相关，直径越大，发泡时间越久。二次发泡时间过短则CO2尚未渗透进球体，达不到发泡效果。二次发泡时间过长则CO2全部渗透进球体，达到溶解平衡，发泡后球体内部密度一致，达不到密度逐渐变化的要求。此二次发泡时间下制得的发泡材料介电常数连续变化性更好。
附图说明
图1：实施例1所得发泡龙勃透镜的泡孔形貌SEM图。
图2：对比例3所得发泡龙勃透镜的泡孔形貌SEM图。
图3：实施例1～2和对比例1～10制备的发泡龙勃透镜相对介电常数变化图。
图4：实施例1与实施例12所得发泡龙勃透镜的质量对比图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
下述实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。下述实施例中的双螺杆挤出机型号为SHJ-20、购自南京杰恩特机电有限公司。
实施例1：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本实施例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将聚丙烯粒子(Tm为155℃)与介电常数强化剂(钛酸钡，在聚丙烯粒子中的添加量为1wt.％)通过双螺杆挤出机共混(双螺杆挤出机具有六区控温，六区分别为160℃、175℃、180℃、190℃、190℃、175℃)后，采用注塑机在185℃下注塑成直径为82mm的待发泡聚合物球体；
步骤二：步骤一结束后，将待发泡聚合物球体放入发泡模具的模腔，将模腔内的温度设定为138℃(一次发泡温度T1＝138℃)，并将发泡剂气体CO2注入模腔，直至模腔内的压力达到14MPa(一次发泡压力P1＝14MPa)；
步骤三：步骤二结束后，将待发泡聚合物球体持续于温度为138℃、压力为14MPa的模腔放置51.56小时(一次饱和时间t1＝51.56小时)，使得发泡剂气体在待发泡聚合物球体中达到溶解平衡；
步骤四：步骤三结束后，通过球阀将模腔内的压力以300MPa/s的卸压速率(一次发泡卸压速率R1＝300MPa/s)泄压至环境压力，使得待发泡聚合物球体发生一次发泡，得到直径为115mm的一次发泡球体；
步骤五：步骤四结束后，将一次发泡球体放置于常温(25℃)、大气压(0.101325MPa)下静置24小时(静置时间t2＝24小时)；
步骤六：步骤五结束后，将一次发泡球体放入发泡模具的模腔，将模腔内的温度设定为148℃(二次发泡温度T2＝148℃)，并将发泡剂气体CO2注入模腔，直至模腔内的压力达到13.5MPa(二次发泡压力P2＝13.5MPa)；
步骤七：步骤六结束后，将一次发泡球体持续于温度为148℃、压力为13.5MPa的模腔放置1.1小时(二次饱和时间t3＝1.1小时)，使得发泡剂在一次发泡球体中再次达到溶解平衡；
步骤八：步骤七结束后，通过球阀将模腔内的压力以300MPa/s的卸压速率(二次发泡卸压速率R2＝300MPa/s)泄压至环境压力，使得一次发泡球体发生二次发泡，得到直径150mm的发泡龙勃透镜。
实施例2：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本实施例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将聚丙烯粒子(Tm为155℃)与介电常数强化剂(钛酸钡，在聚丙烯粒子中的添加量为1wt.％)通过双螺杆挤出机共混(双螺杆挤出机具有六区控温，六区分别为160℃、175℃、180℃、190℃、190℃、175℃)后，采用注塑机在185℃下注塑成直径为164mm的待发泡聚合物球体；
步骤二：步骤一结束后，将待发泡聚合物球体放入发泡模具的模腔，将模腔内的温度设定为138℃(一次发泡温度T1＝138℃)，并将发泡剂气体CO2注入模腔，直至模腔内的压力达到14MPa(一次发泡压力P1＝14MPa)；
步骤三：步骤二结束后，将待发泡聚合物球体持续于温度为138℃、压力为14MPa的模腔放置173.44小时(一次饱和时间t1＝173.44小时)，使得发泡剂气体在待发泡聚合物球体中达到溶解平衡；
步骤四：步骤三结束后，通过球阀将模腔内的压力以300MPa/s的卸压速率(一次发泡卸压速率R1＝300MPa/s)泄压至环境压力，使得待发泡聚合物球体发生一次发泡，得到直径为230mm的一次发泡球体；
步骤五：步骤四结束后，将一次发泡球体放置于常温(25℃)、大气压(0.101325MPa)下静置48小时(静置时间t2＝48小时)；
步骤六：步骤五结束后，将一次发泡球体放入发泡模具的模腔，将模腔内的温度设定为148℃(二次发泡温度T2＝148℃)，并将发泡剂气体CO2注入模腔，直至模腔内的压力达到13.5MPa(二次发泡压力P2＝13.5MPa)；
步骤七：步骤六结束后，将一次发泡球体持续于温度为148℃、压力为13.5MPa的模腔放置2小时(二次饱和时间t3＝2小时)，使得发泡剂在一次发泡球体中再次达到溶解平衡；
步骤八：步骤七结束后，通过球阀将模腔内的压力以300MPa/s的卸压速率(二次发泡卸压速率R2＝300MPa/s)泄压至环境压力，使得一次发泡球体发生二次发泡，得到直径300mm的发泡龙勃透镜。所得的发泡龙勃透镜的密度逐渐变化。
对比例1：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，不添加介电常数强化剂，直接将聚丙烯粒子(Tm为155℃)采用注塑机注塑成直径为82mm的待发泡聚合物球体。
对比例2：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将钛酸钡在聚丙烯粒子中的添加量由1wt.％替换为0.05wt.％。
对比例3：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将钛酸钡在聚丙烯粒子中的添加量由1wt.％替换为2.1wt.％。
对比例4：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将一次发泡温度T1由138℃替换为110℃。
对比例5：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将一次发泡温度T1由138℃替换为155℃。
对比例6：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将一次饱和时间t1由51.56小时替换为40小时。
对比例7：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将静置时间t2由24小时替换为12小时。
对比例8：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将二次发泡温度T2由148℃替换为130℃。
对比例9：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将二次发泡温度T2由148℃替换为160℃。
对比例10：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法为：在实施例1的基础上，将二次饱和时间t3由1.1小时替换为4.5小时。
对比例11：一种发泡龙勃透镜及其制备方法
本对比例提供了一种发泡龙勃透镜，所述发泡龙勃透镜的制备方法参照公开号为CN113105665A的专利申请文本的实施例1，使用直径109.55mm的聚丙烯实心球体(Tm为155℃)，制备直径为150mm的聚丙烯发泡球体，得到发泡龙勃透镜。
实验例1：发泡龙勃透镜的性能实验
使用扫描电镜观察实施例1～2和对比例1～10制得的发泡龙勃透镜的泡孔形貌，实施例1所得的发泡龙勃透镜的泡孔形貌SEM图如图1所示，对比例3所得的发泡龙勃透镜的泡孔形貌SEM图如图2所示。通过谐振腔法(参见文献“Zhang,Xutao,Pengzhi Li,PengjianGong,Zhenghui Xie,Bihui Jin,Chul B.Park,and Guangxian Li."Supercriticalcarbon dioxide foaming for ultra-low dielectric loss perfluorinated foam."Journal of CO2 Utilization 65(2022):102226.”)检测实施例1～2和对比例1～10制得的发泡龙勃透镜的相对介电常数变化，检测结果见图3。对实施例1和对比例11制得的发泡龙勃透镜进行重量，检测结果见图4。
由图1可以看出，实施例1所得的发泡龙勃透镜的泡孔尺寸呈现梯度变化，这也意味着其密度逐渐变化。由图2可以看出，对比例3所得的发泡龙勃透镜中存在明显的双峰泡孔结构，没有任何规律。可见，实施例1能够构建良好的介电常数分布，而对比例3难以形成有效的介电常数分布。
由图3可知，实施例1～2制得的发泡龙勃透镜具有较好的介电常数分布，这意味着其具有非常优异的信号增益效果；对比例1中没有加入介电常数强化剂，因此发泡后相对介电常数整体偏低；对比例2的介电常数强化剂添加量较少，与对比例1相似，相对介电常数整体偏低；对比例3的介电常数强化剂添加量较高，出现明显的大小孔，且相对介电常数没有规律；对比例4的一次发泡温度过低，导致一次发泡过程中没有形成微小气核，在二次发泡过程中既要完成气泡成核又要完成气泡生长，因此尽管存在相对介电常数分布，但由于整体密度较低，因此相对介电常数普遍较高；对比例5中一次发泡温度过高，导致发泡体过度发泡，整体相对介电常数偏低；对比例6中的一次饱和时间过短，气体尚未完全饱和进入待发泡聚合物球体，因此在中心位置未发泡，中心位置相对介电常数偏高；对比例7的静置时间过短，一次发泡球体中的CO2尚未完全扩散出一次发泡球体，因此对二次发泡造成影响，在靠近边缘位置出现相对介电常数的小峰；对比例8中二次发泡温度过低，导致外侧密度偏高，从而导致外部相对介电常数偏高；对比例9中二次发泡温度过高，最外部熔体强度较低，无法支撑泡孔，因此密度较高，相对介电常数偏高，而近外侧由于发泡温度偏高，因此密度较低，导致相对介电常数相对偏低；对比例10中二次发泡时间过长，导致完全饱和，相对介电常数完全一致且非常低。
从图4可以看出，在相同直径、相似介电常数分布的前提下，实施例1制得的发泡龙勃透镜的重量仅274.5g，而对比例12的发泡龙勃透镜重量达到619.2g，相差2.25倍。可见，通过实施例1制备的发泡龙勃透镜具有显著的轻质特性，而对比例12制备的发泡龙勃透镜并无此优势。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种制备具有梯度介电常数分布的发泡材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将待发泡聚合物与介电常数强化剂共混后制成球体，得到待发泡聚合物球体；
步骤二：步骤一结束后，将待发泡聚合物球体放入发泡模具的模腔，将模腔内的温度控制为一次发泡温度T1，并将发泡剂注入模腔，直至模腔内的压力达到一次发泡压力P1；
步骤三：步骤二结束后，将待发泡聚合物球体持续放置于温度为一次发泡温度T1、压力为一次发泡压力P1的模腔，直至发泡剂在待发泡聚合物球体中达到溶解平衡；所述发泡剂在待发泡聚合物球体中达到溶解平衡的时间为一次饱和时间t1；
步骤四：步骤三结束后，将模腔内的压力以一次发泡卸压速率R1泄压至环境压力，使得待发泡聚合物球体发生一次发泡，得到一次发泡聚合物球体；
步骤五：步骤四结束后，将一次发泡聚合物球体在环境温度和环境压力下进行静置；所述一次发泡聚合物球体在环境温度和环境压力下进行静置的时间为静置时间t2；
步骤六：步骤五结束后，将一次发泡聚合物球体放入发泡模具的模腔，将模腔内的温度控制为二次发泡温度T2，并将发泡剂再次注入模腔，直至模腔内的压力达到二次发泡压力P2；
步骤七：步骤六结束后，将一次发泡聚合物球体持续放置于温度为二次发泡温度T2、压力为二次发泡压力P2的模腔，直至发泡剂在一次发泡聚合物球体中再次达到溶解平衡；所述发泡剂在一次发泡聚合物球体中再次达到溶解平衡的时间为二次饱和时间t3；
步骤八：步骤七结束后，将模腔内的压力以二次发泡卸压速率R2泄压至环境压力，使得一次发泡聚合物球体发生二次发泡，得到具有梯度介电常数分布的发泡材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量百分比计，所述介电常数强化剂在待发泡聚合物中的添加量为0.1～2％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一次发泡温度T1＝Tm-40℃～Tm-5℃；式中，Tm为待发泡聚合物的熔化温度。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述一次饱和时间t1≥a×(d1/2)1.75；式中，t1为一次饱和时间，单位为h，a为一次饱和系数，a＝0.07762h/mm1.75，d1为待发泡聚合物球体的直径，单位为mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述静置时间t2≥d2/b；式中，t2为静置时间，单位为天，b为静置系数，b＝115天/mm，d2为一次发泡球体的直径，单位为mm。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述二次发泡温度T2＝Tm-20℃～Tm℃；式中，Tm为待发泡聚合物的熔化温度。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述二次饱和时间0.08h≤t3≤c×d2/2；式中，t3为二次饱和时间，单位为h，c为二次饱和系数，a＝0.07762h/mm，d2为一次发泡球体的直径，单位为mm。
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述具有梯度介电常数分布的发泡材料包括龙勃透镜。
9.一种具有梯度介电常数分布的发泡材料，其特征在于，所述具有梯度介电常数分布的发泡材料由权利要求1～8任一项所述的方法制得。
10.权利要求1～8任一项所述的方法在制备具有梯度介电常数分布的发泡材料中的应用。
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