[发明专利]一种非极性聚合物负泊松比泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种非极性聚合物负泊松比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。该方法解决了现有技术中负泊松比聚合物泡沫材料的制备方法制备过程繁琐、制备效率低、对聚合物有限制、不利于大规模生产的技术问题。本发明的制备方法，先将非极性聚合物与亲水物复合成型制备成复合材料，然后将复合材料置于发泡设备内，引入物理发泡剂和水，在80～180℃的饱和温度以及3～25MPa的饱和压力下，饱和时间0.5h以上，再快速泄压，得到非极性聚合物负泊松比泡沫材料。该方法能够一步法将复合材料制备成负泊松比泡沫材料，制备工艺简单，制备效率高，安全性高，绿色环保，能够制备大尺寸负泊松比泡沫材料，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，具体涉及一种非极性聚合物负泊松比泡沫材料及其制备方法。

背景技术

泊松比(ν)是材料的一种力学性能。法国数学家西蒙·泊松将它定义为：拉伸实验中材料横向收缩应变(ε_x)与纵向伸长应变(ε_y)的比值，它是一个反应材料性质的重要参数。用公式表示如下：

ν＝-ε_x/ε_y

大多数材料的泊松比为正值，比如橡胶材料，它们在受到拉伸时发生横向收缩，而受到压缩时发生横向膨胀。然而，也存在有少数的负泊松比材料，也称为拉胀材料(auxeticmaterials)。天然的负泊松比材料有黄铁矿、猫的皮肤等。人工制造的负泊松比材料有聚氨酯(PU)泡沫、聚乙烯(PE)泡沫等。负泊松比材料具有典型的负泊松比效应，在受到拉伸时发生横向膨胀，在受到压缩时发生横向收缩。由于这种独特的性质，使这类材料具有压痕阻力大、剪切模量高、屈服强度高、回弹韧性好、抗缺口性能好、断裂韧性大等优异的性能，故而在声障、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应用前景。

负泊松比聚合物泡沫材料是以聚合物为基体，通过不同的制备方法使其成为具有负泊松比效应的泡沫材料。现有技术中，制备负泊松比聚合物泡沫材料最常用的方法为三轴压缩法，如专利WO2010049511公开了一种负泊松比泡沫材料的制备方法，该方法使用三轴压缩的同时以丙酮作为处理溶剂，制备了具有更规整的泡孔结构的负泊松比泡沫材料；但该方法中大量挥发性有机溶剂的使用带来了环境污染和产品安全隐患，溶剂去除和干燥过程大大增加了加工复杂性和加工时间，获得的泡沫材料具有典型的应变依赖型泊松比。此外，现有技术中制备负泊松比聚合物泡沫材料的方法还有真空-加热法、高压-加热法以及蒸汽渗透冷凝法等。如Martz等在高压或真空条件下，实现了从常规的聚乙烯闭孔泡沫到负泊松比泡沫的转变，该方法虽然工艺相对简单，但制备的泡沫材料只能在小变形(32％应变)下获得负泊松比。Fan等采用蒸汽渗透冷凝法在常压下制备了闭孔聚乙烯负泊松比泡沫，该方法全程在常压下进行，对设备要求低，制备工艺简单，且由于采用水蒸汽辅助完成制备，因此安全性高，绿色环保，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；但该方法受到聚合物种类、熔点及软化点等的限制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种非极性聚合物负泊松比泡沫材料及其制备方法，解决现有技术中负泊松比聚合物泡沫材料的制备方法制备过程繁琐、制备效率低、对聚合物有限制、不利于大规模生产的技术问题。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

非极性聚合物负泊松比泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将非极性聚合物与亲水物复合，成型，得到亲水物占0.2wt％～40wt％的复合材料；

步骤二、将步骤一得到的复合材料置于发泡设备内，引入物理发泡剂和水，在80～180℃的饱和温度以及3～25MPa的饱和压力下，饱和时间0.5h以上，快速泄压，得到非极性聚合物负泊松比泡沫材料。