本發(fā)明是關(guān)于一種用來(lái)制備聚合物發(fā)泡體的方法，更具體地，是關(guān)于一種透過(guò)壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(pressure-inducedflow,PIF)步驟來(lái)制備聚合物發(fā)泡體的方法。
背景技術(shù)：
：聚合物發(fā)泡體，特別是聚丙烯(polypropylene)發(fā)泡體，有著許多任務(wù)業(yè)上的應(yīng)用，全球聚合物發(fā)泡體市場(chǎng)已見(jiàn)證了過(guò)去幾年間的快速成長(zhǎng)。聚丙烯(PP)作為最廣泛使用的商業(yè)聚合物之一，有著許多理想的特性，譬如高熔點(diǎn)、良好的可塑性、低密度、優(yōu)良的耐化學(xué)性以及食品安全性，并且容易回收。這些杰出的特性及低材料成本使得聚丙烯(PP)在各種工業(yè)應(yīng)用中相較于其他熱塑性塑料，在生產(chǎn)塑料及發(fā)泡體產(chǎn)品方面更具競(jìng)爭(zhēng)性。然而，如同其他商品聚合物，聚丙烯(PP)的低熱穩(wěn)定性及低機(jī)械強(qiáng)度阻礙其在許多工程及結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用。此外，除非有長(zhǎng)鏈接支、聚合物復(fù)合、或使用化學(xué)交聯(lián)來(lái)改質(zhì)聚丙烯(PP)，否則在熔體發(fā)泡步驟中，聚丙烯(PP)的低熔融強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致泡體(cell)破裂及低發(fā)泡倍率。然而，因?yàn)榈腿廴趶?qiáng)度及高結(jié)晶度使得聚丙烯(PP)非常難以發(fā)泡。許多方法如:聚合物共混物、復(fù)合材料、及共聚合已被用于獲得良好的可發(fā)泡性的聚丙烯(PP)及聚丙烯(PP)發(fā)泡體。但因?yàn)椴牧铣杀撅@著增加、且發(fā)泡體產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度于比聚丙烯(PP)及其他被廣泛使用的發(fā)泡體材料如聚苯乙烯(PS)來(lái)的差，使得上述方法的應(yīng)用性受到局限。因此，亟需提供一種新穎的制備聚合物發(fā)泡體，特別是聚丙烯(PP)發(fā)泡體的方法，其能夠以最有希望及最可行的方式制備聚合物發(fā)泡體；并且因此，所獲得的聚合物發(fā)泡體能夠成功地被應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品上。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的一目的在于提供一種透過(guò)一壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(pressure-inducedflow,PIF)步驟以及一發(fā)泡步驟制備聚合物發(fā)泡體的方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種由本發(fā)明的方法制得的聚合物發(fā)泡體。此外，本發(fā)明的又一目的在于提供一種透過(guò)壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟制備具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)(co-continuousstructure)的聚合物片材的方法。于本發(fā)明的一例子中，制備聚合物發(fā)泡體的方法包括以下步驟：提供一聚合物本體；在一第一特定溫度及一第一特定壓力下，于一特定持壓時(shí)間，在該聚合物本體上進(jìn)行一壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟以獲得一聚合物片材；以及在一第二特定溫度及一第二特定壓力下，于一飽和時(shí)間內(nèi)，在該聚合物片材上注入一發(fā)泡劑進(jìn)行一發(fā)泡步驟以獲得聚合物發(fā)泡體。于本發(fā)明的另一例子中，制備具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)(co-continuousstructure)的聚合物片材的方法包括以下步驟：提供一聚合物復(fù)合物，其包括聚合物顆粒以及涂層材料，且這些聚合物顆粒的表面上涂布有涂層材料；以及在一第一特定溫度及一第一特定壓力下，于一特定持壓時(shí)間，在該聚合物復(fù)合物上進(jìn)行一壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟以獲得一具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)的聚合物片材。此外，當(dāng)上述獲得的具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)的聚合物片材，在一第二特定溫度及一第二特定壓力下，于一飽和時(shí)間內(nèi)，注入一發(fā)泡劑來(lái)進(jìn)行一發(fā)泡步驟時(shí)，可獲得聚合物復(fù)合物發(fā)泡體。于本發(fā)明的另一例子中，所獲得的聚合物發(fā)泡體包括：一聚合物本體，該聚合物本體中具有多個(gè)泡體(cell)，其中該聚合物發(fā)泡體具有發(fā)泡密度介于0.03g/cm3至0.25g/cm3間；以及當(dāng)該聚合物發(fā)泡體的壓縮應(yīng)變量(compressivestrain)是介于10％及70％之間時(shí)，該聚合物發(fā)泡體具有壓縮強(qiáng)度(compressivestrength)介于0.2MPa至0.7MPa間?，F(xiàn)有未經(jīng)改質(zhì)的聚合物，特別是純聚丙烯(neatpolypropylene)，因?yàn)槠涞腿廴趶?qiáng)度及高結(jié)晶度的緣故而難以發(fā)泡。于本發(fā)明中提供一種新穎的方法，其中聚合物是透過(guò)壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟及發(fā)泡步驟而發(fā)泡。借由利用本發(fā)明的方法，該聚合物可在較不嚴(yán)苛的條件下(較低壓力及較高溫度)、及飽和時(shí)間短的情況下發(fā)泡以獲得具有高性能的低密度聚合物發(fā)泡體，但本發(fā)明不限于此。因此，相較于傳統(tǒng)的制備聚合物發(fā)泡體的步驟，本發(fā)明的方法中的壓力及飽和時(shí)間可降低；因此，本發(fā)明的方法更適合在工業(yè)應(yīng)用中制造聚合物發(fā)泡體。此外，相較于由相同組成物形成的傳統(tǒng)復(fù)合物及發(fā)泡體，當(dāng)該聚合復(fù)合物(其包括聚合物顆粒及涂布在該聚合物顆粒上的涂層材料)經(jīng)壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟及選擇性地經(jīng)發(fā)泡步驟處理時(shí)，所獲得的具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)的聚合物片材或發(fā)泡體結(jié)構(gòu)可展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械和物理特性。此外，相較于未經(jīng)壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟制得的傳統(tǒng)聚合物發(fā)泡體，本發(fā)明的聚合物發(fā)泡體同時(shí)具有低發(fā)泡密度及高強(qiáng)度。因此，以本發(fā)明的方法制備的聚合物發(fā)泡體可進(jìn)一步地應(yīng)用在各種工業(yè)產(chǎn)品中。于本發(fā)明的聚合物發(fā)泡體及方法中，該聚合物本體可簡(jiǎn)單地由聚合物制得，或者該聚合物本體可為一種聚合物復(fù)合物，該聚合物復(fù)合物包括聚合物顆粒及涂布在該聚合物顆粒表面上的涂布層。當(dāng)本發(fā)明方法中使用的聚合物本體為上述的聚合物復(fù)合物時(shí)，該聚合物復(fù)合物可由下述步驟制備：提供并混合該聚合物顆粒以及該涂層材料以獲得一混合物；且加熱該混合物以獲得該聚合物復(fù)合物，其中該聚合物復(fù)合物包括該聚合物顆粒及由涂層材料所形成的涂布層。將該混合物加熱之后，所獲得的聚合復(fù)合物具有一蜂巢狀結(jié)構(gòu)(honeycomb-likestructure)。在此，該聚合物顆粒及該涂層材料可在介于140℃至160℃之間的溫度下被混合。為了幫助混合，可加入研磨劑如氧化鋯增韌氧化鋁(zirconiatoughenedalumina)，如此可使混合更加均勻及徹底。此外，可在100℃至300℃的溫度下加熱該混合物；且可在11.7MPa至17.3MPa的壓力下加熱該混合物。在此，所使用的加熱方法可為熱氣體、電加熱、紅外線或微波。此外，所獲得的聚合物復(fù)合物可進(jìn)一步透過(guò)篩子過(guò)篩以除去研磨劑以及剩余的涂層材料。再者，該聚合物顆粒上的涂布層厚度并無(wú)特別限制，可約為1μm至1000μm。此外，根據(jù)將涂層材料涂布在聚合物顆粒上的步驟、溫度及/或壓力，該涂布層可完全地或部分地嵌入該顆粒的表面的內(nèi)側(cè)，或者可附著于該顆粒的表面上。于本發(fā)明的方法中，該聚合物本體可在高于室溫的溫度(譬如，210℃)以及預(yù)定壓力(譬如1700psi)下，選擇性地預(yù)壓成扁平片、膜狀、或其他形狀。然而，此步驟并非本發(fā)明的方法的必須步驟，該聚合物本體可在未進(jìn)行上述預(yù)壓步驟的情況下直接進(jìn)行壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟。于本發(fā)明的方法中，在壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟中的該第一特定溫度取決于聚合物本體的類(lèi)型，且較佳系低于該聚合物本體的熔點(diǎn)。該第一特定溫度較佳為介于100℃至160℃。該第一特定溫度更佳為介于110℃至150℃。最佳地，當(dāng)聚合物本體是由PP制成時(shí)，上述的第一特定溫度為適用于PIF步驟的溫度。于本發(fā)明的方法中，在壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟中的該第一特定壓力可介于20MPa至420MPa。該第一特定壓力較佳可介于20MPa至200MPa。該第一特定壓力更佳可介于20MPa至50MPa。當(dāng)用于本發(fā)明的方法的壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟為超聲波輔助壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(UAPIF)步驟時(shí)，該第一特定壓力可被進(jìn)一步降低。在壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟中，持壓時(shí)間并沒(méi)有特別的限制，只要該聚合物本體能夠變形即可。該持壓時(shí)間較佳為介于10秒至300秒。該持壓時(shí)間更佳為介于10秒至30秒。在本發(fā)明的方法中，上述的壓力誘導(dǎo)流動(dòng)(PIF)步驟進(jìn)行完畢后，聚合物本體的結(jié)晶區(qū)域可轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N共連續(xù)的“磚和泥”狀結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的方法中，在發(fā)泡步驟中的該第二特定溫度可介于120℃至180℃。該第二特定溫度較佳可介于130℃至160℃。該第二特定溫度更佳可介于140℃至155℃。在本發(fā)明的方法中，在發(fā)泡步驟中的該第二特定壓力可介于11MPa至20MPa。該第二特定壓力較佳可介于11.7MPa至17.3MPa。該第二特定壓力更佳可介于13.8MPa至17.2MPa。在發(fā)泡步驟中，飽和時(shí)間并沒(méi)有特別的限制，只要該聚合物片材可以確實(shí)的發(fā)泡即可。該飽和時(shí)間可隨著聚合物片材的厚度而改變。于本發(fā)明中，該飽和時(shí)間較佳為10分鐘至2小時(shí)。于本發(fā)明的方法之發(fā)泡步驟中，所使用的發(fā)泡劑并無(wú)特別限制，可為任何氣體或是能夠釋放氣體的材料。該發(fā)泡劑的例子包括但不限于：戊烷(pentane)、異戊烷(isopentane)、環(huán)戊烷(cyclopentane)、CO2、N2、氮系材料(nitrogen-basedmaterial)、或其組合。較佳地，適合本發(fā)明的方法之發(fā)泡劑為CO2。該發(fā)泡劑最佳為超臨界二氧化碳(supercriticalCO2)。在此，該發(fā)泡劑可被導(dǎo)入用來(lái)進(jìn)行發(fā)泡步驟的反應(yīng)器中，或者利用單一的裝置，譬如擠出機(jī)或捏合機(jī)，在進(jìn)行PIF或發(fā)泡步驟之前導(dǎo)入聚合物本體。于本發(fā)明的聚合物發(fā)泡體中，該聚合物發(fā)泡體可具有發(fā)泡密度介于0.03g/cm3至0.25g/cm3。較佳為，該發(fā)泡密度介于0.04g/cm3至0.10g/cm3之間。因此，本發(fā)明中所獲得的聚合物發(fā)泡體系一低密度聚合物發(fā)泡體。于本發(fā)明的聚合物發(fā)泡體中，當(dāng)聚合物發(fā)泡體放置在120℃的條件時(shí)，該聚合物發(fā)泡體的一尺寸變化的絕對(duì)值介于0％至60％，且較佳為介于0％至40％之間。于本發(fā)明的聚合物發(fā)泡體中，該聚合物發(fā)泡體可具有結(jié)晶度介于10％至30％。較佳為，該發(fā)泡體的結(jié)晶度介于15％至25％之間。于本發(fā)明的聚合物發(fā)泡體中，這些泡體(cells)可具有200μm至300μm的平均泡體尺寸。較佳為，這些泡體的平均泡體尺寸介于240μm至260μm之間。于本發(fā)明的聚合物發(fā)泡體及方法中，該聚合物本體或該聚合物顆粒的種類(lèi)并無(wú)特別的限制，且可為半結(jié)晶熱塑性塑料或熱塑性彈性體。半結(jié)晶熱塑性塑料或熱塑性彈性體的具體實(shí)例可為聚烯烴(polyolefins)，其可包括但不限于，至少一種選自由聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)(包括均聚物、嵌段共聚物、或無(wú)規(guī)則共聚物)、聚氯乙烯(polyvinylchloride)、聚碳酸酯(polycarbonates)、聚酰胺(polyamides)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate)以及聚乳酸(polylacticacid)所組成的群組。該熱塑性彈性體的實(shí)例可包括，但不限于：聚烯烴共混物、彈性體合金(TPE-v或TPV)及熱塑性聚酰胺。此外，這些聚合物顆粒之形狀及尺寸并無(wú)特別限制。于本發(fā)明的方法中，該聚合物本體較佳為未經(jīng)改質(zhì)的聚合物。該聚合物本體或該聚合物顆粒更佳包括純聚丙烯(neatPP)。上述“純聚丙烯”意指未經(jīng)改質(zhì)的PP。此外，該聚合物復(fù)合物的涂層材料可為一有機(jī)物質(zhì)、一無(wú)機(jī)物質(zhì)、或其組合。該有機(jī)物質(zhì)的實(shí)例包括，但不限于至少一種選自由碳納米顆粒、碳微粒、石墨烯、石墨烯氧化物、碳黑、碳納米纖維、碳納米管、及石墨所組成的群組。該無(wú)機(jī)物質(zhì)的實(shí)例包括，但不限于至少一種選自由粘土、云母、玻璃纖維、硅酸鹽、金屬顆粒、SiO2、MgO、CaO、滑石粉、TiO2,ZnO及MnO所組成的群組。附圖說(shuō)明圖1A是本發(fā)明一實(shí)施例所使用的PIF裝置的示意圖；圖1B是PP樣品經(jīng)PIF步驟處理前及處理后的示意圖；圖2A是本發(fā)明實(shí)施例1的PIF步驟后部分PP樣品的示意圖；圖2B是本發(fā)明實(shí)施例1的發(fā)泡步驟后部分PP發(fā)泡體的示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1在150℃及34.5MPa下經(jīng)PIF步驟處理的PP樣品的XRD；圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的發(fā)泡壓力與發(fā)泡密度的關(guān)系；圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中以不同發(fā)泡壓力處理PP發(fā)泡體的熱特性的示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例1中，scCO2飽和時(shí)間對(duì)于發(fā)泡密度的效果；圖7A至7C是本發(fā)明實(shí)施例1中，在不同壓力及不同飽和時(shí)間條件下形成之PIFPP發(fā)泡體的SEM；圖8是本發(fā)明實(shí)施例1的各種發(fā)泡體的壓縮行為的示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例1的各種發(fā)泡體的熱穩(wěn)定性的示意圖；圖10A是本發(fā)明實(shí)施例2所獲得的PP/MWCNT復(fù)合物的示意圖；圖10B是本發(fā)明實(shí)施例1中，經(jīng)PIF步驟后部分PP/MWCNT片材的示意圖；圖10C是本發(fā)明實(shí)施例2中，經(jīng)發(fā)泡步驟后部分PP/MWCNT發(fā)泡體的示意圖；圖11A及11B分別為本發(fā)明實(shí)施例2經(jīng)PIF步驟處理之前及之后的PP樣品的偏光顯微鏡圖像；圖12A是本發(fā)明實(shí)施例2所獲得的原始PP、PIFPP、UAPIFPP、以及PIFPP發(fā)泡體的DSC曲線；圖12B是本發(fā)明實(shí)施例2所獲得的原始PP以及PIFPP的XRD；圖12C是UAPIF步驟中的溫度上升；圖13A至13C分別表示本發(fā)明實(shí)施例2中，經(jīng)由PIF或未經(jīng)PIF所獲得的PP及PP/MWCNT復(fù)合物的拉力、彎曲、及沖擊強(qiáng)度的示意圖；圖14是本發(fā)明實(shí)施例2所獲得的純PP及UAPIF-PP/MWCNT復(fù)合物的彎曲特性示意圖；圖15是本發(fā)明實(shí)施例2所獲得的純PP發(fā)泡體及PIFPP發(fā)泡體的發(fā)泡倍率的示意圖；圖16是純PP及PIF-PP發(fā)泡體的熱機(jī)械分析(TMA)曲線；圖17A及17B分別為經(jīng)由PIF步驟及未經(jīng)PIF步驟的衍生自純PP及PP/MWCNT納米復(fù)合發(fā)泡體的高密度及低密度PP發(fā)泡體的壓縮應(yīng)力與壓縮應(yīng)變量曲線；圖18A及18B是本發(fā)明實(shí)施例2中純PP及PIFPP的TMA曲線；以及圖19A及19B是本發(fā)明實(shí)施例2中，以UAPIF步驟處理后純PP及PP/MWCNT3wt％復(fù)合的彎曲應(yīng)力?！靖綀D標(biāo)記說(shuō)明】11槽狀模具111模穴13柱塞210聚合物顆粒220涂布層230泡體3試片3’片材310試片330泡體LD負(fù)載方向CD限制方向FD流動(dòng)方向具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1A是本發(fā)明所使用的PIF裝置的示意圖。該用于本發(fā)明的PIF裝置主要包括：一槽狀模具11，該槽狀模具11具有模穴111；以及一柱塞13，該柱塞13具有與模穴111大致相同的尺寸。在PIF步驟中，將樣品3放置在模穴111中，再以柱塞13加熱擠壓；隨后，樣品3產(chǎn)生形變，以流動(dòng)方向(FD)流入，且被限制在限制方向(CD)并在負(fù)載方向(LD)壓縮。圖1B是樣品處理前及經(jīng)PIF步驟后的示意圖。在經(jīng)PIF步驟處理前的樣品3具有一立方體形狀；但本發(fā)明并不限于此。經(jīng)PIF步驟后，該樣品3被擠壓成片材3’。在接下來(lái)的實(shí)施例中，模穴111的尺寸為100×12×12mm，但本發(fā)明不限于此。實(shí)施例1-僅以聚丙烯(PP)制備聚合物發(fā)泡體鑒定發(fā)泡密度：所獲得的PP樣品的質(zhì)量密度ρf系根據(jù)ASTMD792量測(cè)，其系利用沉降片在水中秤重聚合物發(fā)泡體。ρf計(jì)算如下：其中a為試樣在空氣中的表觀質(zhì)量，b為試樣完全浸入水中的表觀質(zhì)量。掃描電子顯微鏡(SEM)：以SEM觀察得到的PP發(fā)泡體的形態(tài)(PhilipsXL30)。該樣品浸泡在液態(tài)氮中30分鐘并斷裂。該斷裂面被噴鍍一層金以透過(guò)SEM進(jìn)一步觀察。熱機(jī)械分析(TMA)：利用TMA(TAInstrumentsTMA2940)觀察PIF及發(fā)泡體樣品的熱穩(wěn)定性。在穿透模式下以5℃/分的掃描速度測(cè)定樣品從30℃至180℃的尺寸變化。示差掃描量熱計(jì)(DSC)：TAQ200DSC用來(lái)定性經(jīng)PIF步驟或未經(jīng)PIF步驟的PP發(fā)泡體熔融行為。掃描范圍系從20至200℃，10℃/分的速率。樣品被切割為6-10mg的薄片來(lái)進(jìn)行DSC定性。X射線衍射(XRD)：利用具有Cu-kα射線源且X射線波長(zhǎng)為的X射線衍射儀(BrukerD8AdvanceXRD)研究晶體結(jié)構(gòu)。在40V及50mA下，從5°至45°以4°/分鐘速率掃描該樣品。壓縮試驗(yàn)：發(fā)泡體的壓縮強(qiáng)度系以Instron5569先進(jìn)材料測(cè)試系統(tǒng)(Instron5569AdvancedMaterialsTestingsystem)在室溫下根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTMD695進(jìn)行量測(cè)。實(shí)驗(yàn)PP及PIF條件對(duì)于發(fā)泡密度的影響在此，表1中列示了所使用的具有不同熔融流動(dòng)指數(shù)(MFI)的不同種類(lèi)PP。將尺寸為50mm(長(zhǎng))×12mm(寬)×2mm(高)的PP樣品放置于圖1A所示的PIF裝置中，并且在表1中列示的各種不同溫度、不同壓力、以及不同持壓時(shí)間下變形。圖2A系經(jīng)PIF步驟后部分PP樣品310的示意圖。PIF步驟后，將所制得的樣品放置在高壓容器中，隨后在該高壓容器中注入純度為99.99％的scCO2。當(dāng)樣品在一特定溫度及壓力下飽和一定時(shí)間后，瞬間降壓以實(shí)現(xiàn)PP發(fā)泡。圖2B系發(fā)泡步驟后部分PP樣品310的示意圖。如圖2B所示，發(fā)泡步驟后，在PP樣品310中形成了發(fā)泡體(cell)330。本實(shí)施例中，檢測(cè)所制得的PP樣品的發(fā)泡密度并將結(jié)果總結(jié)在下表1中。表1發(fā)泡條件：155℃,13.8MPa,2小時(shí)；N/A：無(wú)法發(fā)泡PP1:純PP,PC366-3(均聚聚丙烯)，由李長(zhǎng)榮化學(xué)工業(yè)股份有限公司提供PP2:純PP,PT100(均聚聚丙烯)，由李長(zhǎng)榮化學(xué)工業(yè)股份有限公司提供PP3:純PP,6331(均聚聚丙烯)，由李長(zhǎng)榮化學(xué)工業(yè)股份有限公司提供PP4:純PP,HP600S(均聚聚丙烯)，由李長(zhǎng)榮化學(xué)工業(yè)股份有限公司提供DowPP:H349-02(均聚聚丙烯)，由陶氏化學(xué)公司提供如表1所示，可以看出具有低MFI的PP表現(xiàn)出較佳的發(fā)泡特性。隨著MFI增加，代表熔體強(qiáng)度降低，PP仍然可以發(fā)泡，但發(fā)泡密度增加了。商業(yè)化的高熔體強(qiáng)度聚丙烯(HMSPP)(WB140購(gòu)自北歐化工)也用來(lái)作為比較：在未經(jīng)PIF時(shí)亦可良好的發(fā)泡，但發(fā)泡體強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性不佳，如圖8及圖9所示。比較如PP纖維及雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜這類(lèi)定向而具有“串晶結(jié)構(gòu)(shish-kebabstructure)”的PP產(chǎn)品。表1的結(jié)果顯示PP纖維及BOPP均無(wú)法發(fā)泡，意即僅有定向的晶體結(jié)構(gòu)不足以進(jìn)行PP發(fā)泡。顯然，由PIF步驟所形成的細(xì)長(zhǎng)“磚和泥(brickandmud)”狀晶體結(jié)構(gòu)對(duì)于達(dá)成PP發(fā)泡是必須的。為了實(shí)行PIF，溫度必須低于PP的熔點(diǎn)，因此在整個(gè)PIF步驟中PP仍然保持固體狀態(tài)。在適當(dāng)?shù)膲毫皽囟认?，PP非晶區(qū)沿著施加壓力的垂直方向變形以延長(zhǎng)PP的球晶區(qū)域(spherulitecrystaldomains)，在施加的溫度及壓力之間存有折衷關(guān)系。在低溫下，需要使用較高的壓力；若使用較高的溫度，即使在低壓下也是能夠達(dá)成類(lèi)似的效果。下文中，選擇表1所列示的PP1進(jìn)一步優(yōu)化PIF及發(fā)泡步驟。PIF條件列示在表2中，進(jìn)行前述的發(fā)泡步驟，同樣地維持發(fā)泡條件于13.8MPa及155℃，2小時(shí)。表2PIF條件PIF時(shí)間發(fā)泡密度(g/cm3)110℃,414MPa300秒0.043110℃,414MPa10秒0.073150℃,34.5MPa300秒0.052150℃,34.5MPa10秒0.094如表2所示，在150℃及34.5MPa時(shí)，經(jīng)PIF步驟處理的發(fā)泡樣品的密度非常接近110℃及414MPa時(shí)的情況。并且，PIF持壓時(shí)間對(duì)于發(fā)泡密度影響往往不大。意味著許多任務(wù)業(yè)有關(guān)的PIF條件，34.5MPa取代414MPa壓力且10秒取代300秒的持壓時(shí)間已足以達(dá)到低密度PP發(fā)泡體。換言之，PIF的周期時(shí)間可以縮短許多。圖3是在150℃及34.5MPa條件下以PIF步驟處理的PP樣品的XRD圖，且此結(jié)果顯示34.5MPa及150℃與414MPa及110℃所觀察到的球晶變形相似。發(fā)泡壓力對(duì)于發(fā)泡密度的影響發(fā)泡步驟中，發(fā)泡壓力是一個(gè)關(guān)鍵因素。不同的發(fā)泡壓力用來(lái)研究對(duì)于發(fā)泡密度的影響。以下，選擇表1中的PP1，PIF條件為150℃、34.5MPa以及10秒，且發(fā)泡條件為155℃、2小時(shí)及不同的發(fā)泡壓力(8.3、11.7、13.1、13.8、15.5、及17.3MPa)。如圖4所示，發(fā)泡密度突然下降發(fā)生在13.8MPa。當(dāng)壓力低于13.8MPa時(shí)，發(fā)泡密度較高。高于13.8MPa時(shí)，隨著壓力增加，發(fā)泡密度基本維持不變。在此，發(fā)泡PP樣品的結(jié)晶度亦以DSC檢測(cè)并將結(jié)果匯總在表3。表3如上表3所示，可觀察到發(fā)泡體結(jié)晶度的明顯改變。13.8MPa以下時(shí)，PP發(fā)泡體的結(jié)晶度相似，而當(dāng)壓力達(dá)到13.8MPa時(shí)，可觀察結(jié)晶度明顯地下降。習(xí)知熔融溫度會(huì)隨CO2的飽和壓力的增加而降低。顯然當(dāng)壓力低于13.8MPa時(shí)，PP的熔融溫度下降，但仍然高于155℃的發(fā)泡溫度。在此情況下，用于發(fā)泡的非晶區(qū)仍然很小，因此發(fā)泡密度高。然而，當(dāng)CO2飽和壓力達(dá)到13.8MPa或以上時(shí)，熔融溫度變得接近155℃，大量的結(jié)晶熔融成為非晶相。凈結(jié)果是當(dāng)CO2飽和壓力釋放時(shí)，發(fā)泡密度突然地下降。較高的發(fā)泡壓力同時(shí)也意味著較高的壓力釋放速率，因此在發(fā)泡步驟中有更多的泡體成核并成長(zhǎng)。圖5系以不同的發(fā)泡壓力處理的發(fā)泡PP的熱特性示意圖。由圖5的結(jié)果可見(jiàn)，當(dāng)CO2飽和壓力低于13.8MPa時(shí)，結(jié)晶熔融峰幾乎沒(méi)有變化。隨著CO2飽和壓力增加至13.8MPa并超過(guò)13.8MPa的閾值時(shí)，在155℃的等溫CO2飽和步驟中出現(xiàn)小的熔融峰肩，代表不完美的晶體熔化以及再結(jié)晶。剩下未熔化的那些結(jié)晶可為α1至α2結(jié)晶的完善形式，其具有較高的熔化溫度，能夠在155℃的高CO2飽和壓力下留存。剩余的細(xì)長(zhǎng)的“磚”狀晶體結(jié)構(gòu)對(duì)于PP的發(fā)泡是重要的。在吸熱發(fā)泡步驟中，冷卻步驟非常的快速，因此，熔化晶體以及可能的一些非晶相發(fā)生再結(jié)晶及重新排列，導(dǎo)致在較高的CO2飽和壓力的結(jié)晶度略有增加，如表3所示。CO2飽和時(shí)間對(duì)于發(fā)泡密度的影響發(fā)泡步驟中，CO2飽和時(shí)間可影響發(fā)泡密度。因?yàn)榕伟l(fā)泡通常需較長(zhǎng)氣體飽和時(shí)間，是一種耗費(fèi)時(shí)間的步驟，故縮短飽和時(shí)間對(duì)于工業(yè)規(guī)模的批次發(fā)泡制程是非常關(guān)鍵的。研究不同的飽和時(shí)間對(duì)于經(jīng)PIF步驟的PP的發(fā)泡密度的影響，并將結(jié)果顯示在圖6中，其中發(fā)泡條件為155℃及13.8MPa。如圖6所示，飽和時(shí)間長(zhǎng)對(duì)應(yīng)低發(fā)泡密度，代表著更高的發(fā)泡倍率。然而，對(duì)于給定的樣品尺寸而言，當(dāng)飽和時(shí)間長(zhǎng)于10分鐘時(shí)可觀察到發(fā)泡密度的高原期。此結(jié)果代表當(dāng)壓力釋放時(shí)，經(jīng)PIF步驟的PP能夠保持CO2并避免CO2從PP基質(zhì)中逸散。對(duì)于在短的批次發(fā)泡周期時(shí)間內(nèi)達(dá)成低密度發(fā)泡體是有利的。PIFPP發(fā)泡體的形態(tài)透過(guò)SEM觀察PIFPP發(fā)泡體的形態(tài)，結(jié)果如圖所示。圖7A至7C是利用SEM觀察在11.7MPa壓力2小時(shí)條件下所形成的PIFPP發(fā)泡體(如圖7A所示)，當(dāng)CO2飽和壓力低于13.8MPa的關(guān)鍵值時(shí)，僅有少數(shù)的小泡體存在于發(fā)泡體中且發(fā)泡密度高。當(dāng)CO2飽和壓力達(dá)到13.8MPa的關(guān)鍵值2小時(shí)，可獲得泡體密度為2.75×106的非常低密度發(fā)泡體，如圖7B所示。而當(dāng)在13.8MPa壓力下2小時(shí)可觀察到發(fā)泡體中具有均勻分布的泡體，且那些泡體的平均尺寸為261.5μm。如圖7C所示，從在13.8MPa壓力10分鐘發(fā)泡的PIFPP發(fā)泡體的SEM結(jié)果看來(lái)，較短的飽和時(shí)間可達(dá)到類(lèi)似于具有稍高泡體密度(5.2×106)以及稍小泡體尺寸(255μm)的PP發(fā)泡體。PP發(fā)泡體的壓縮行為發(fā)泡體的壓縮強(qiáng)度是實(shí)際應(yīng)用中要考慮的一個(gè)重要因素。在13.8MPa、155℃進(jìn)行發(fā)泡步驟后，測(cè)試PP發(fā)泡體的壓縮行為，結(jié)果如圖8所示。以飽和時(shí)間2小時(shí)及10分鐘下的PIFPP發(fā)泡體作為比較。相較于純PP發(fā)泡體及WB140HMSPP，PIFPP發(fā)泡體具有較高的壓縮強(qiáng)度。在不同飽和時(shí)間形成的PIF發(fā)泡體則具有相似的壓縮強(qiáng)度。PIFPP發(fā)泡體的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性也是決定發(fā)泡體應(yīng)用性的最重要因素之一。圖9為所獲得的TMA結(jié)果。為了進(jìn)行比較，將用于咖啡杯的高熔體強(qiáng)度PP(HMSPP)及用于熱絕緣的PS發(fā)泡體一并進(jìn)行測(cè)試。顯然在相似的發(fā)泡密度下，PIFPP發(fā)泡體具有較高的熱穩(wěn)定性且在溫度達(dá)到100℃以上時(shí)發(fā)泡體不會(huì)崩潰。代表經(jīng)PIF步驟的PP發(fā)泡體具有較高的工作溫度以及較佳的壓縮強(qiáng)度，可滿足多種不同的工作環(huán)境并具有取代傳統(tǒng)EPP及PS發(fā)泡體的潛力，特別是主要需考慮化學(xué)毒性的那些用來(lái)作為食物容器的應(yīng)用。從實(shí)施例的結(jié)果看來(lái)，經(jīng)PIF的PP可在34.5MPa的低壓下以及10秒的低持壓時(shí)間下進(jìn)行。XRD分析中，觀察到的球晶的變形，代表即使在如此溫和的PIF條件下，PP中仍形成有定向的「磚和泥」結(jié)構(gòu)。此外，從本實(shí)施例的結(jié)果，為了在155℃發(fā)泡，13.8MPa的臨界CO2飽和壓力對(duì)于達(dá)到低密度PP發(fā)泡體是必須的。此外，對(duì)于2-mm厚的樣品而言，亦發(fā)現(xiàn)用于PIFPP發(fā)泡的CO2飽和時(shí)間可大幅度地從2小時(shí)縮短為10分鐘。相較于傳統(tǒng)的PP發(fā)泡體，PIFPP發(fā)泡體表現(xiàn)出更高的壓縮強(qiáng)度及較佳的熱穩(wěn)定性。因此，PP發(fā)泡體可透過(guò)本發(fā)明有希望且可行的方法被制造。實(shí)施例2-制備包括PP及多壁碳納米管(MWCNT)復(fù)合的聚合物發(fā)泡體鑒定所有用于本實(shí)施例的定性方法與實(shí)施例1所述的相似，差異點(diǎn)列示于下。SEM：實(shí)施例1與本實(shí)施例之間的區(qū)別在于本實(shí)施例是將樣品浸泡在液態(tài)氮中10分鐘并斷裂。DSC：實(shí)施例1與本實(shí)施例之間的區(qū)別在于本實(shí)施例是將樣品切割為10-15mg的薄片來(lái)進(jìn)行DSC定性。XRD：實(shí)施例1與本實(shí)施例之間的區(qū)別在于本實(shí)施例是從5°至70°以0.4°遞增掃描該樣品。偏光顯微鏡：利用Leitz1720CryostatMicrotome制備PP樣品薄片。將PP樣品降溫至-15℃，接著切割為25至50μm的薄片。該25μm的薄片利用偏光顯微鏡觀察PIF之前以及之后PP樣品的晶體結(jié)構(gòu)。而50μm的薄片則利用光學(xué)顯微鏡觀察PP樣品，確定其“磚和泥”結(jié)構(gòu)。機(jī)械性質(zhì)測(cè)試：根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)將所有的樣品以適當(dāng)尺寸進(jìn)行機(jī)械性質(zhì)測(cè)試。利用INSTRON5569先進(jìn)材料試驗(yàn)系統(tǒng)，在室溫下測(cè)試樣品的彎曲、拉力、以及壓縮特性。樣品的艾佐德沖擊強(qiáng)度(Izodimpactstrength)系利用TMI懸臂梁式?jīng)_擊試驗(yàn)儀(TMIIzodimpacttester)在室溫下測(cè)定。樣品的電阻則是在室溫下以Keithley6514靜電計(jì)(Keithley6514electrometer)測(cè)得。實(shí)驗(yàn)熔體流動(dòng)指數(shù)為2.0g/10min的線性PPH349-02系來(lái)自美國(guó)的陶氏化學(xué)公司。在氮?dú)庵小⒊合隆?0℃/min掃描速率的條件下，其結(jié)晶度及熔融溫度為37.62±0.02％及164±0.85℃。PP顆粒的原始尺寸介于2-2.5mm間，并被研磨成直徑不大于0.3mm的更小顆粒。于本發(fā)明的其他實(shí)施例中，該研磨顆粒的直徑為0.01mm至0.3mm。直徑為10-15nm且管長(zhǎng)介于0.1-10μm的GraphistrengthC100多壁碳納米管購(gòu)自GraphiSTRENGTH先進(jìn)材料公司(GraphiSTRENGTHAdvancedMaterials)。將研磨PP顆粒(60g)、MWCNT(0.6-2.0g)以及研磨介質(zhì)(150g)放置于一玻璃容器(1000ml)中，于135℃進(jìn)行機(jī)械攪拌(300rpm)。30分鐘后，以不同尺寸的篩將混合物分類(lèi)，獲得經(jīng)MWCNT涂布的PP。圖10A是本發(fā)明所獲得的PP/MWCNT復(fù)合物的聚合物本體示意圖，其中該聚合物本體包括一由PP形成的聚合物顆粒210以及一由MWCNT形成的涂布層220，且涂布層220形成于聚合物顆粒210之上。接下來(lái)，將經(jīng)涂布的PP顆粒放置在具有兩特氟龍脫模紙(Teflonmoldreleasepapers)及間隔(直徑8cm、厚度3mm)的兩塊鋁板之間。將上述組合放置在10MPa、預(yù)熱至200℃的模壓設(shè)備(press)。10分鐘后，該模壓設(shè)備自然地冷卻至室溫且獲得蜂巢狀結(jié)構(gòu)的PP/MWCNT納米復(fù)合物。為了進(jìn)行比較，利用雙螺桿擠出機(jī)混練PP/MWCNT(LeistrizModel2570,L/D＝40,D＝27mm)。為有足夠的混合，擠出機(jī)以同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿構(gòu)造在相對(duì)高的旋轉(zhuǎn)速度下(60rpm)運(yùn)行。加熱溫度保持在200℃。純PP及PP/MWCNT復(fù)合物試片則是在200℃利用模壓成型制得(Carver3853)。蜂巢狀PP/MWCNT納米復(fù)合物被加工成所欲的幾何形狀，譬如3mmx12mmx25mm的試片。隨后，將試片插入模穴中，譬如12mmx12mmx100mm的模穴，然后進(jìn)行PIF步驟。加熱模具到特定溫度，譬如110℃時(shí)，再對(duì)該模具及試片施以一個(gè)非常高的靜壓力(staticpressure)，譬如400MPa。借由施加壓力以將試片導(dǎo)入而流動(dòng)。除了經(jīng)PIF步驟處理的試片外，利用Branson921aes(BransonUltrasonicsCorp.)的超聲波振動(dòng)儀器進(jìn)行超聲波輔助PIF(UAPIF)步驟。除了對(duì)試片施加超聲波振動(dòng)探針外，其余步驟與PIF相同。在施加壓力(譬如20.7MPa)、超聲波的振動(dòng)頻率(譬如20khz)、以及超聲振動(dòng)的時(shí)間(譬如4秒)的情況下，使得試片變形或流動(dòng)。所有經(jīng)PIF及UAPIF步驟的試片均自然冷卻。在PIF或UAPIF步驟后，獲得PP/MWCNT片材，且其示意圖如圖10B所示。圖10A及10B中，包括有由PP形成的聚合物顆粒210以及形成在聚合物顆粒210上之由MWCNT形成之涂布層220之該聚合物本體，系在經(jīng)過(guò)前述的PIF或UAPIF步驟后，經(jīng)模塑而形成聚合物片材；其中該聚合物片材包括多個(gè)如圖10A所繪示的聚合物本體彼此相互連結(jié)。接下來(lái)，在進(jìn)行PIF或UAPIF前或后，利用批次發(fā)泡步驟由PP及PP/MWCNT復(fù)合物制造出發(fā)泡體。該P(yáng)P納米復(fù)合物放置在預(yù)熱至發(fā)泡溫度(130-160℃)的鋼制槽體中。待溫度達(dá)平衡后，將腔室密封并在13.8MPa壓力下，利用注射器幫浦將二氧化碳?xì)怏w注入該高壓槽體中。將溫度和壓力保持2小時(shí)使CO2擴(kuò)散，接著在2-3秒內(nèi)釋放壓力以誘導(dǎo)泡體成核及發(fā)泡。發(fā)泡步驟后即可獲得PP/MWCNT發(fā)泡體，其示意圖如圖10C，其中多個(gè)泡體230系形成在聚合物顆粒210中。為了比較，透過(guò)模壓成型制備的純PP及復(fù)合PP/MWCNT納米復(fù)合物亦透過(guò)相同的方式進(jìn)行。以下將對(duì)本實(shí)施例的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明?！按u和泥”結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的球晶結(jié)構(gòu)不同，強(qiáng)迫PP試片在PIF下以固體狀態(tài)流動(dòng)使得晶體沿著PIF的方向取向。從PP試片在400MPa及110℃經(jīng)PIF處理前及處理后的偏振光顯微鏡(POM)結(jié)果，未經(jīng)PIF的PP試片表現(xiàn)出傳統(tǒng)的球晶結(jié)構(gòu)，尺寸約在30-50μm，如圖11A所示；而經(jīng)PIF的PP試片，其晶體沿著PIF的方向取向，如圖11B所示。此外，經(jīng)PIF的晶體結(jié)構(gòu)改變以示差掃描量熱計(jì)(DSC)及X射線衍射(XRD)定性。在此，定性PP、PIFPP(PIF條件：110℃,400MPa)、UAPIFPP(PIF條件：110℃,20.7MPa)以及PIFPP發(fā)泡體(發(fā)泡條件：13.8MPa,155℃)。DSC結(jié)果如圖12A，顯示經(jīng)PIF后，熔融峰及結(jié)晶度均微幅增加，分別從165.1增加為168.74℃、30.2％增加至32％。圖12B的XRD光譜(其中非PIFPP-0°及非PIFPP-90°的曲線重迭)顯示非PIFPP的曲線在0°及90°的掃描角度幾乎相同，代表在非PIFPP沒(méi)有較佳的晶格方向。PP試片經(jīng)PIF步驟(PIF條件：110℃,400MPa)后差異明顯，代表在此步驟時(shí)材料中產(chǎn)生了定向晶體結(jié)構(gòu)。此乃整個(gè)球晶變形并涉及片狀結(jié)晶(lamellae)的直接證據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)稱的球晶形狀變成沿著流動(dòng)的方向伸長(zhǎng)的形狀。當(dāng)PP顆粒經(jīng)MWCNT涂布時(shí)，該MWCNT涂布層亦可在高壓下沿著PIF方向流動(dòng)。該MWCNT涂布層沿著PIF方向定向并形成清楚的共連續(xù)“磚和泥”結(jié)構(gòu)。在此，該巨觀的“磚和泥”結(jié)構(gòu)是由MWCNT涂布層(“磚”)以及在該涂布層中的PP樹(shù)脂(“泥”)所組成；以及定向的PP晶體為“磚”而不定向的區(qū)域?yàn)椤澳唷钡木抻^的“磚和泥”結(jié)構(gòu)。相對(duì)傳統(tǒng)具有相同組成成分的復(fù)合物而言，這種獨(dú)特的“磚和泥”結(jié)構(gòu)可提供優(yōu)異的機(jī)械及物理性能，甚至大幅改善低熔融強(qiáng)度PP發(fā)泡性不佳的缺點(diǎn)。根據(jù)上述結(jié)果，高壓的應(yīng)用可在固體狀態(tài)下于半結(jié)晶聚合物及嵌段共聚物系統(tǒng)中誘導(dǎo)類(lèi)熔體行為以形成“磚和泥”結(jié)構(gòu)。當(dāng)那些材料被放置在壓力下時(shí)，硬質(zhì)塑料開(kāi)始熔解而變軟，創(chuàng)造出如同包括冰和水的漿液一般流動(dòng)的混合物，使材料得以模塑為特定形狀。當(dāng)壓力釋放時(shí)，塑料再度硬化。半結(jié)晶聚合物(如PP)中的晶體結(jié)構(gòu)也在此PIF步驟中變形。球晶可經(jīng)歷非常大的變形，且其片狀結(jié)晶可破裂成小片并彼此分散于赤道區(qū)域中(equatorialregion)；然而在極區(qū)(polarregion)，片狀結(jié)晶系定向以平行于大規(guī)模變形的附載方向。機(jī)械特性經(jīng)CNTs涂布的PP強(qiáng)度非常低(數(shù)據(jù)未示)，但PIF能夠大幅地增加其機(jī)械特性。圖13A比較經(jīng)PIF及未經(jīng)PIF的PP及PP/MWCNT復(fù)合物的拉力強(qiáng)度。與純PP、經(jīng)模壓成型制得的復(fù)合PP/MWCNT試片相比，經(jīng)PIF可使拉力強(qiáng)度分別增加超過(guò)250％(>250％)及超過(guò)50％(>50％)。經(jīng)PIF制得之PP的拉力強(qiáng)度亦高于雙軸延伸PP，其強(qiáng)度高于注射模塑PP。圖13B比較相同試片之間的彎曲強(qiáng)度。同樣地，具有“磚和泥”結(jié)構(gòu)的PP/MWCNT納米復(fù)合物有最出色的性能表現(xiàn)。相較于純PP及經(jīng)由注射模塑制得的復(fù)合PP/MWCNT試片，經(jīng)PIF制得的試片的彎曲強(qiáng)度分別增加超過(guò)60％(>60％)及超過(guò)25％(>25％)。在艾佐德沖擊強(qiáng)度(Izodimpactstrength)可觀察到更佳明顯的差異，如圖13C所示。具有“磚和泥”結(jié)構(gòu)的PP/MWCNT納米復(fù)合物強(qiáng)度是純PP試片的500％，并且優(yōu)于復(fù)合PP/MWCNT，超過(guò)40％(>40％)。UAPIF讓機(jī)械性質(zhì)有類(lèi)似的提升，但其所需的壓力比PIF來(lái)得低。在不同的PP及PP/MWCNT試片中，達(dá)到200％變形所需要的超聲波條件列示在下表4中，其中，在400MPa、110℃時(shí)經(jīng)PIF步驟處理的PP試片變形設(shè)定為200％。表4上表4結(jié)果顯示超聲波壓力越高，所需的時(shí)間就越短。所需的超聲波時(shí)間只要幾秒鐘，相較于傳統(tǒng)的PIF步驟，導(dǎo)入超聲波振動(dòng)能有效地減少所需壓力達(dá)至少一個(gè)數(shù)量級(jí)(由400MPa至10-30MPa)。對(duì)于PP/MWCNT納米復(fù)合材料而言，在超聲波壓力下需要較長(zhǎng)的步驟時(shí)間(更多能量)來(lái)達(dá)到同樣程度的變形。此外，相較于PP/MWCNT復(fù)合，經(jīng)PP/MWCNT涂布的納米復(fù)合物需要稍長(zhǎng)的時(shí)間(更多能量)。圖14比較經(jīng)UAPIF后，純PP、PP/MWCNT3wt％MWCNT復(fù)合以及PP/MWCNT3wt％MWCNT涂布樣品的彎曲應(yīng)力。如同PIF，UAPIF步驟可顯著地改善PP試片的彎曲應(yīng)力。經(jīng)UAPIF后，具有“磚和泥”結(jié)構(gòu)的PP/MWCNT納米復(fù)合物的強(qiáng)度優(yōu)于純PP樣品超過(guò)70％(>70％)，并且優(yōu)于3wt％復(fù)合PP/MWCNT超過(guò)25％(>25％)。具有相對(duì)低壓力的UAPIF步驟對(duì)于大型的PP/MWCNT復(fù)合物制造并提升其特性是有利的。此外，在UAPIF下PP試片的溫度改變也在此一并進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖12C所示。雖然超聲波會(huì)加熱樣品，但當(dāng)模具溫度設(shè)定為110℃，最高溫度低于PP熔點(diǎn)，換言之，超聲波不會(huì)熔化磚和泥結(jié)構(gòu)。此外，圖12A顯示的結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)經(jīng)UAPIF處理的PP試片的熔化溫度和結(jié)晶度仍然類(lèi)似于經(jīng)PIF的處理的PP。然而，倘若模具溫度、模塑壓力、或超聲波強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，在UAPIF過(guò)程可能會(huì)發(fā)生熔化，將導(dǎo)致機(jī)械特性降低，如圖19A及19B所示。因此，選擇最佳的UAPIF條件是重要的。為什么超聲波可以明顯降低PIF所需的壓力的確切機(jī)制目前還不清楚。然而，我們提出以下解釋：為了要在固體狀態(tài)PIF下形成「磚和泥」結(jié)構(gòu)，需要足夠的壓力以從橡膠狀的非晶相中轉(zhuǎn)移到剛性晶體區(qū)域，并導(dǎo)致后者變形或定向。因?yàn)榫w結(jié)構(gòu)區(qū)域間可彼此相對(duì)滑動(dòng)，而不是被變形或定向，故PIF下需要非常高的靜壓力以產(chǎn)生足夠的壓力。另一方面，超聲波輔助的PIF，經(jīng)橡膠狀非晶相的壓力傳播可更有效率而較少有晶體結(jié)構(gòu)區(qū)域滑動(dòng)，因此所需的壓力低于PIF壓力。前述結(jié)果顯示超聲波可減少PIF步驟中所需的壓力。然而，即使未在PIF步驟中導(dǎo)入超聲波，PP或PP/MWCNT復(fù)合物的晶體區(qū)域仍然可以變形并且轉(zhuǎn)變?yōu)椤按u和泥”結(jié)構(gòu)。如PP，具有3wt％納米顆粒的復(fù)合PP/MWCNT試片是不導(dǎo)電的。而經(jīng)MWCNT涂布的PP試片因?yàn)樾纬伞按u和泥”共連續(xù)結(jié)構(gòu)而有導(dǎo)電性。具有3wt％MWCNT涂層的PP電阻約為0.55kΩ。UAPIF稍微增加電阻至0.9kΩ。復(fù)合PP/MWCNT復(fù)合物中，需要足夠的MWCNTs以達(dá)到導(dǎo)電的滲透閾值(percolationthreshold)。另一方面，在PIF及UAPIF制得的PP/MWCNT復(fù)合物中的蜂巢狀共連續(xù)結(jié)構(gòu)可使具有3wt％MWCNT的試片具有導(dǎo)電性，這是因?yàn)樵谡麄€(gè)試片中，MWCNTs彼此互連而形成導(dǎo)電通道的緣故。PP/MWCNT“磚和泥”結(jié)構(gòu)復(fù)合物的發(fā)泡性能經(jīng)PIF及UAPIF形成的試片的主要缺點(diǎn)在于高殘余應(yīng)力(residualstress)。如圖18A及18B所示，熱處理時(shí)，延伸的PP在流動(dòng)方向上收縮并在垂直方向上展開(kāi)，導(dǎo)致嚴(yán)重的試片翹曲。然而，此試片翹曲對(duì)于聚合物發(fā)泡體的發(fā)泡能力不會(huì)造成很大的影響。利用超臨界二氧化碳(scCO2)的固態(tài)批次發(fā)泡步驟，以從“磚和泥”結(jié)構(gòu)制備PP復(fù)合物發(fā)泡體。在許多的發(fā)泡應(yīng)用中，CO2作為物理發(fā)泡劑，因?yàn)槠湓S多有利特性(即，不易燃、無(wú)毒、價(jià)格低廉、并且在聚合物有相對(duì)高的溶解度)而可取代消耗臭氧層氟發(fā)泡劑的使用。固態(tài)發(fā)泡時(shí)，殘余的壓力可完全的被釋放。此外，在150℃、13.8MPaCO2壓力時(shí)觀察到特殊的逐層(layerbylayer)的雙峰泡體結(jié)構(gòu)，其具有微結(jié)構(gòu)泡體尺寸(數(shù)據(jù)未示)。相較之下，純PP及具3wt％復(fù)合MWCNT的PP中僅有少數(shù)的泡體形成。經(jīng)PIF處理的試片具有較低的密度，所形成的發(fā)泡體密度為0.65-0.86g/cm3，如下表5所示。表5由于PP的熔融強(qiáng)度低，難以實(shí)現(xiàn)具有均勻的泡體結(jié)構(gòu)以及低假比重的發(fā)泡體；然而經(jīng)PIF所產(chǎn)生的“磚和泥”結(jié)構(gòu)可克服上述限制。如圖15所示，在155℃、13.8MPaCO2壓力時(shí)，相較于PIF-PP試片(22.5)，由純PP所獲得的發(fā)泡體具有更低的發(fā)泡倍率(6)。此外，從SEM(數(shù)據(jù)未示)，在155℃、13.9MPaCO2壓力時(shí)自由發(fā)泡而制得的低密度(0.039g/mL)PIF-PP/MWCNT3wt％涂布納米復(fù)合物發(fā)泡體具有逐層(layerbylayer)的雙峰發(fā)泡結(jié)構(gòu)。在155℃發(fā)泡造成發(fā)泡后晶體的改變。結(jié)晶度從32％降低至18.3％，并且有β-cylindrites形成。有趣的是，PIF中固態(tài)發(fā)泡制得的PP能夠改善其熱穩(wěn)定性，如圖16所示。在固態(tài)批次發(fā)泡步驟中，結(jié)晶結(jié)構(gòu)會(huì)同時(shí)影響泡體成核及生長(zhǎng)。在泡體成核步驟中，介于片狀結(jié)晶和非晶區(qū)域的接口是一高能區(qū)域，其中成核一個(gè)穩(wěn)定的泡體所需的吉布斯自由能(Gibbsfreeenergy)小于均相成核的吉布斯自由能，因此傾向在此界面優(yōu)先成核穩(wěn)定的泡體。當(dāng)此泡體生長(zhǎng)時(shí)，因?yàn)樵诮Y(jié)晶區(qū)域分子鍵流動(dòng)性少，所形成的泡體被相鄰的片狀結(jié)晶限制。當(dāng)發(fā)泡溫度高于155℃時(shí)，因?yàn)椤按u和泥”結(jié)構(gòu)的熔化，導(dǎo)致CO2飽和PP的熔化溫度、純PP及PIF-PP之間的發(fā)泡倍率差異如圖15。固體純PP及衍生自不同PP/MWCNT復(fù)合物的PP發(fā)泡體的壓縮應(yīng)力與應(yīng)變量如圖17A所示。以10％壓縮應(yīng)變量為例，純PP(密度為0.76g/cm3)的發(fā)泡體的壓縮強(qiáng)度僅約10MPa，系固體PP(密度為0.9g/cm3)的約25％。然而，具有0.66g/cm3的低密度的PIF-PP的壓縮強(qiáng)度可達(dá)25MPa，同時(shí)經(jīng)PIF步驟且經(jīng)PP/MWCNT涂布納米復(fù)合物發(fā)泡體(具有相似的密度)則接近固體PP。在155℃的高發(fā)泡溫度及13.9MPaCO2壓力時(shí)，經(jīng)PIF或未經(jīng)PIF的PP/MWCNT復(fù)合物的發(fā)泡密度差異如下表6所示。純PP發(fā)泡體的密度>0.15g/cm3，而具M(jìn)WCNT納米顆?；蛭淳進(jìn)WCNT納米顆粒之經(jīng)由PIF制得的試片，其密度約為0.037-0.04g/cm3。未經(jīng)PIF的3wt％復(fù)合及涂布MWCNT的發(fā)泡試片與未經(jīng)PIF的純PP發(fā)泡體有相似的密度(0.18-0.24g/cm3)，代表“磚和泥”結(jié)構(gòu)，而非納米顆粒，是控制發(fā)泡倍率的主要因子?！按u和泥”結(jié)構(gòu)可以防止CO2擴(kuò)散出試片，并協(xié)助支持形成的泡體不坍塌。表6圖17B比較經(jīng)PIF及未經(jīng)PIF的低密度純PP及PP/MWCNT納米復(fù)合物發(fā)泡體的壓縮應(yīng)力及壓縮應(yīng)變量。在155℃時(shí)，發(fā)泡體的密度為：純PP：0.15g/cm3；PIF-PP：0.037g/cm3；PIF-PP/MWCNT3wt％涂層：0.04g/cm3；以及PIF-PP/MWCNT3wt％復(fù)合：0.04g/cm3。雖然純PP的密度高于其余具有“磚和泥”結(jié)構(gòu)的發(fā)泡體試片2.5到2.7倍，但純PP發(fā)泡體的壓縮應(yīng)力是最低的。顯然，導(dǎo)致較小及封閉的泡體結(jié)構(gòu)的“磚和泥”結(jié)構(gòu)，對(duì)于上述明顯的性能提升貢獻(xiàn)良多。在PIF下，相較于復(fù)合試片，包括涂布MWCNT的發(fā)泡體提供更好的壓縮特性，可能歸因于其具有逐層的雙峰泡體結(jié)構(gòu)的緣故?？傃灾?，具有“磚和泥”結(jié)構(gòu)的PP/MWCNT納米復(fù)合物系借由在小PP顆粒上涂布MWCNT，然后進(jìn)行PIF或UAPIF步驟而制得。UAPIF步驟可降低所需的PIF壓力，且型態(tài)與特性可與進(jìn)行PIF步驟相媲美，但超聲波在本發(fā)明中并不是必需的。此外，在PIF或UAPIF步驟后獲得的“磚和泥”結(jié)構(gòu)亦可改善低熔融強(qiáng)度PP的發(fā)泡性，并在沒(méi)有任何物理或化學(xué)添加物的情況下制造出低密度發(fā)泡體。具有涂布的MWCNT時(shí)，該“磚和泥”結(jié)構(gòu)使得發(fā)泡體具有逐層的雙峰泡體結(jié)構(gòu)。相較于具有相同組成成分的傳統(tǒng)發(fā)泡體，此發(fā)泡體可提供優(yōu)異的機(jī)械性質(zhì)以及更好的熱穩(wěn)定性，并且是可導(dǎo)電的?？傊蓪?shí)施例1和實(shí)施例2的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，是否有超聲波協(xié)助PIF過(guò)程是制備聚合物發(fā)泡體的關(guān)鍵步驟，因?yàn)镻IF聚合物片材具有保持CO2并避免CO2從PIF聚合物片材逸出的能力；且因此，可在較短的發(fā)泡時(shí)間內(nèi)獲得具有低密度的聚合物發(fā)泡體。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3