一种SiO2气凝胶改性PVP/PVDF共混物的制备方法及工艺与流程

本发明属于高分子材料发泡加工，尤其涉及一种sio2气凝胶改性pvp/pvdf共混物的制备方法及工艺。

背景技术：

1、聚偏氟乙烯作为一种具备良好耐化学腐蚀性与热稳定性的氟系高分子材料，在微孔发泡领域具有重要应用价值，在微孔塑料制备过程中，通常采用超临界二氧化碳物理发泡工艺，利用高压气体在聚合物熔体内部的溶解以及迅速泄压引发的相分离，诱发气体成核与泡孔生长，从而构建具备特定孔隙结构的微孔材料。

2、但在实际热成型与发泡过程中，聚偏氟乙烯属于典型的半结晶高分子，其结晶度通常达到50%至65%，规整堆积的结晶区域形成致密物理阻隔，致使超临界二氧化碳分子难以渗入结晶相内部，气体溶解与扩散高度局限于非晶相区域，限制发泡气体在基体中的饱和溶解度与迁移速率，与此同时，中等黏度聚偏氟乙烯熔体在发泡泄压膨胀阶段缺乏足够的应变硬化能力，微孔薄壁在剧烈双轴拉伸作用下容易破裂与合并，导致材料发泡倍率难以提升，且容易发生泡孔塌陷与尺寸收缩。

3、因此，如何突破聚偏氟乙烯高结晶度对气体溶解与扩散的限制，并在发泡过程中提升熔体强度以抑制泡孔塌陷，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中提出的问题，本发明的技术方案如下：

2、一种sio2气凝胶改性pvp/pvdf共混物的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤s1，将聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮与二氧化硅气凝胶置于鼓风干燥设备中，在60℃至70℃下干燥2h至4h，得到干燥混合物；将干燥混合物投入加热挤出设备中熔融共混，在160℃、175℃、185℃与190℃的分区设定温度下挤出造粒，制得共混物坯料；其中，以聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的总质量为100%计，聚偏氟乙烯的质量百分比为75%至95%，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比为5%至25%，二氧化硅气凝胶的用量为聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮总质量的0.5%至5%；二氧化硅气凝胶的比表面积大于等于800m²/g，平均孔径为10nm至30nm；

4、步骤s2，将共混物坯料置于密闭高压发泡设备中，充入二氧化碳，将密闭高压发泡设备内的压力升至18.5mpa，且将温度升至160℃至173℃，保持1h至2h，使二氧化碳气体在共混物坯料中扩散并溶胀达到饱和状态，形成共混物与超临界二氧化碳均相体系；

5、步骤s3，开启密闭高压发泡设备的泄压阀，在100mpa/s至200mpa/s的泄压速率下使密闭高压发泡设备内的压力自18.5mpa降低至常压，促使共混物与超临界二氧化碳均相体系发生相分离与发泡，制得二氧化硅气凝胶改性聚乙烯吡咯烷酮与聚偏氟乙烯共混发泡材料。

6、优选的，步骤s1包括：步骤s11：将聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮与二氧化硅气凝胶置于鼓风干燥设备中，在60℃至70℃下干燥2h至4h，使物料含水率低于0.05%，得到干燥混合物；步骤s12：将干燥混合物加入转矩流变仪或同向双螺杆挤出机中，在160℃、175℃、185℃与190℃的分区设定温度下，以50rpm至70rpm的螺杆转速熔融共混10min，挤出造粒，随后加入注塑机中注塑成型，制得板条状的共混物坯料。

7、优选的，步骤s12中，注塑成型过程的注塑机机筒温度依次设为160℃、175℃、185℃与190℃，注塑压力设为0.6mpa至1.0mpa，注塑时间设为1.0s至2.0s，保压时间设为1.0s至2.0s；共混物坯料的厚度为1.5mm至2.5mm。

8、优选的，步骤s2中，温度为160℃、165℃、170℃或173℃，保持时间为1h至2h，使高压二氧化碳气体在共混物坯料中溶胀达到饱和状态；共混物坯料发泡前的结晶度为30%至40%。

9、优选的，步骤s3中，泄压的泄压速率设为100mpa/s至200mpa/s，在3s至5s内将密闭高压发泡设备内的压力降低至常压；在泄压相分离过程中，二氧化硅气凝胶提供密度为至的异相成核位点。

10、优选的，步骤s3制得的二氧化硅气凝胶改性聚乙烯吡咯烷酮与聚偏氟乙烯共混发泡材料中，泡孔平均直径为22μm至70μm，泡孔尺寸分布宽度为0.2至0.3，且泡孔结构为闭孔结构。

11、优选的，步骤s3制得的二氧化硅气凝胶改性聚乙烯吡咯烷酮与聚偏氟乙烯共混发泡材料的导热系数为0.026w/(m·k)至0.030w/(m·k)，1khz频率下的介电常数为2.2至2.4，拉伸强度为28mpa至35mpa，断裂伸长率为350%至420%，邵氏硬度为38d至45d，落球回弹性为68%至78%。

12、优选的，步骤s1中，按质量百分配比计，聚偏氟乙烯的质量百分比为90%，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比为10%，二氧化硅气凝胶的用量为聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮总质量的2%。

13、优选的，步骤s2中，密闭高压发泡设备内的温度为168℃，保持时间为1h；步骤s3中，制得的二氧化硅气凝胶改性聚乙烯吡咯烷酮与聚偏氟乙烯共混发泡材料的密度为0.10g/cm³至0.15g/cm³，发泡倍率为8.0至8.5，泡孔平均直径为30μm至34μm，泡孔密度为。

14、一种sio2气凝胶改性pvp/pvdf共混物的超临界二氧化碳发泡工艺，其特征在于，包括以下步骤：

15、步骤s101，将共混物坯料置于密闭高压发泡设备中，充入二氧化碳，将密闭高压发泡设备内的压力升至18.5mpa，且将温度升至160℃至173℃，保持1h至2h，使二氧化碳气体在共混物坯料中扩散并溶胀达到饱和状态，形成共混物与超临界二氧化碳均相体系；

16、步骤s102，开启密闭高压发泡设备的泄压阀，在100mpa/s至200mpa/s的泄压速率下使密闭高压发泡设备内的压力自18.5mpa降低至常压，促使共混物与超临界二氧化碳均相体系发生相分离与发泡，制得二氧化硅气凝胶改性聚乙烯吡咯烷酮与聚偏氟乙烯共混发泡材料。

17、相对于现有技术，本发明所述sio2气凝胶改性pvp/pvdf共混物的制备方法，具有以下优势：

18、1、聚乙烯吡咯烷酮作为非晶极性高分子插入聚偏氟乙烯的结晶与非晶区界面，破坏含氟高分子链段规整堆积，削弱结晶成核与晶体生长速率，降低共混体系整体结晶度。非晶区体积分数增加，扩充超临界气体在熔体内部的溶解与扩散通道，提高发泡气体在聚合物基体中的饱和溶解量；在快速泄压阶段，充沛的气体供给与扩展的非晶相空间形成协同，减少气体向外逸失，保障泡孔核在初始阶段获得持续充足的气体相补充，为形成高发泡倍率微孔结构提供微观相态基础。

19、2、聚乙烯吡咯烷酮分子链中的吡咯烷酮环与二氧化硅气凝胶表面的硅羟基形成氢键结合，抑制无机纳米气凝胶在熔融共混过程中的二次团聚，实现颗粒在高分子基体中的均匀分散，二氧化硅气凝胶内部的纳米孔道对超临界二氧化碳产生毛细凝聚效应，在异相界面局部区域形成发泡剂过饱和富集区。氢键结合与毛细富集的双重机制相配合，增加有效成核位点密度，降低发泡成核热力学障碍，诱发瞬时高密度均一成核，为构建尺寸分布均一的微孔相形态结构提供热力学支撑。

20、3、二氧化硅气凝胶的三维纳米网络结构在熔融状态下与高分子链发生物理缠结，赋予聚合物共混熔体应变硬化响应特征，在泄压诱导泡孔生长膨胀过程中，泡孔壁承受剧烈双轴拉伸，缠结网络产生瞬态回复应力，抵御熔体薄壁过度变薄与破裂，应变硬化机制抑制泡孔相连、合并与塌陷，维持泡孔壁结构的完整性与稳定性，使组合物在保持高发泡倍率的同时构建连续封闭的泡孔骨架，避免材料出现宏观收缩，实现轻质与力学支撑性能的统一，提升材料在复杂工况下的适应性。