[发明专利]一种负泊松比聚合物泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种负泊松比聚合物泡沫材料及其制备方法，属于功能性聚合物泡沫材料技术领域。解决了现有技术中负泊松比聚合物泡沫材料的制备方法设备结构繁琐、制备效率低、反应条件苛刻、不利于大规模生产的技术问题。本发明的制备方法，是将聚合物泡沫置于常压，温度60～170℃，含有高浓度水蒸汽的环境中，放置1h以上，然后冷却到‑20～50℃，得到负泊松比聚合物泡沫材料，其中，聚合物泡沫为泊松比大于等于0的聚合物泡沫。该方法全程在常压下进行，对设备要求低，使用水蒸汽辅助完成制备，安全性高，绿色环保，且工艺简单，可制备尺寸较大的负泊松比聚合物泡沫材料，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于功能性聚合物泡沫材料技术领域，具体涉及一种负泊松比聚合物泡沫材料及其制备方法。

背景技术

泊松比(v)是材料的一种力学性能。法国数学家西蒙·泊松将它定义为：材料的横向应变(ε_x)与纵向应变(ε_y)之负商。用公式表示如下：

v＝-ε_x/ε_y。

大多数材料的泊松比为正，因为它们受到拉伸时就像拉伸一根弹性皮条那样横向变细，压缩时就像压缩一块橡皮那样横向膨胀。然而，也存在有少数负泊松比材料，现在常称其为拉胀材料(auxetic materials)。拉胀材料在拉伸时其横向不是变细而是变粗，压缩时其横向不是膨胀而是收缩。由于这种性质，这类材料在很多方面具备了其他材料所不能比拟的优势，具有剪切模量高、屈服强度高、压痕阻力大、回弹韧性好、抗缺口性能好、断裂韧性大等优异的性能，也使其在声障、绝热、缓冲器、靠垫，尤其是在人造椎间盘、人造血管、夹芯板材、紧固件、安全带、以及内燃机中催化剂转化器的载体材料等领域具有广阔的潜在应用。

负泊松比聚合物泡沫材料即以聚合物为基体，具有负泊松比性能的泡沫材料。现有技术中，制备负泊松比聚合物泡沫材料最常用的方法是采用三轴压缩的处理方法，如Reymer等使用三轴压缩的方法，同时使用丙酮作为处理溶剂，制备了拉胀性不衰减的聚氨酯负泊松比泡沫材料。但三轴压缩的处理方法使用的设备结构繁琐，制备效率低(负泊松比聚氨酯泡沫实验，Phys.Status Solidi B250,No.10,1988-1995,2013)。Lakes等在反应釜对常规聚乙烯闭孔泡沫进行加压加温处理，成功制备了聚乙烯负泊松比泡沫材料(闭孔泡沫重入变换方法，CellularPolymers,15,229-249,1996)。Lakes还尝试了在反应釜中对常规聚乙烯进行抽真空并加热的处理，然后取出冷却，也成功的得到了聚乙烯负泊松比泡沫材料(负泊松比聚乙烯泡沫塑料，JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 36,2001,5885-5893)。虽然lakes提出了新的负泊松比材料制备方法，但是，这种生产负泊松比泡沫的方法必须借助反应釜并改变反应釜内压力，不利用大规模生产。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中负泊松比聚合物泡沫材料的制备方法设备结构繁琐、制备效率低、反应条件苛刻、不利于大规模生产的技术问题，提供一种负泊松比聚合物泡沫材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

一种负泊松比聚合物泡沫材料的制备方法，是将聚合物泡沫置于常压，温度60～170℃，含有高浓度水蒸汽的环境中，放置1h以上，然后冷却到-20～50℃，得到负泊松比聚合物泡沫材料；

所述聚合物泡沫为泊松比大于等于0的聚合物泡沫，密度在250kg/m³以内；

所述高浓度水蒸气的水蒸气分压小于等于其所处环境温度下的饱和蒸气压，大于等于20KPa。

优选的是，所述的聚合物泡沫为泊松比大于等于0的聚合物闭孔泡沫。

优选的是，所述的聚合物泡沫的基体树脂材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯中的一种或多种的混合物。