超临界二氧化碳制备硅橡胶微孔发泡材料及气体扩散溶解动力学和微发泡机理的研究

This project is going to use supercritical carbon dioxide technology to prepare high-performance microcelluar silicone rubber foam materials. Because of the complexity of rubber system and foaming process, the research on rubber foamed via supercritical fluid is still in the initial stage of exploration. The study on the influence of the interaction between the supercritical carbon dioxide and the complex silicone rubber system on the cell structure and the mechanism of bubble nucleation and growth is very limited. In this project, based on the systematical study of the effect of chemical structure, physical network and cross-linking of high temperature vulcanized silicone rubber on the interaction between complex silicone rubber system and supercritical carbon dioxide, the bubble nucleation and growth, the control of the cell morphology, the influence law on cell morphology and cell structure of complex silicone rubber system will be investigated. The relationship between macroscopic mechanical properties and microscopic cell structures of microcellular silicone rubber foams will be analyzed. The diffusion adsorption model of supercritical carbon dioxide in silicone rubber and the mechanism of silicone rubber micro-foaming using supercritical carbon dioxide will be established, which will provide the guidance of the structural design for the fabrication of high-performance microcellular rubber using supercritical fluids. This project will be very important on the supplement of the principle of supercritical fluids foaming technology mainly based on thermoplastic, as well as on the development of the processing method and application of rubber materials.

本项目拟利用超临界二氧化碳技术制备高性能微孔硅橡胶发泡材料。由于橡胶体系和发泡工艺复杂，超临界流体橡胶微发泡研究在国内外均处于初期探索阶段，有关超临界二氧化碳和硅橡胶复杂体系的相互作用对微孔结构影响及泡孔成核和增长机理的相关研究非常缺乏。本项目拟通过系统研究高温硫化硅橡胶基体化学结构、物理网络和化学交联网络对硅橡胶复杂体系与超临界二氧化碳的相互作用规律，探索硅橡胶复杂体系微发泡过程中泡孔成核增长机理、最终泡孔结构控制、以及泡孔形态与结构的影响规律，明晰硅橡胶微孔材料宏观物理机械性能与微观泡孔结构的相互关系，建立超临界二氧化碳在硅橡胶中扩散溶解动力学模型和超临界二氧化碳硅橡胶微发泡机理，为利用超临界流体技术制备高性能微孔橡胶发泡材料提供结构设计理论基础和方法。本项目对丰富和完善以热塑性聚合物为基础的超临界流体聚合物微发泡理论以及拓展橡胶成型加工方法和应用领域具有重要意义。

本项目通过构筑硅橡胶复合材料的交联网络结构，深入分析了硅橡胶基体内部填料-填料、填料-分子链及分子链-分子链间复杂三维交联网络结构的影响因素，全面探索了材料物理化学性质与超临界二氧化碳过程参数对复杂网络结构硅橡胶体系流变行为的影响，及其随温度、压力的演变规律；系统研究了超临界流体在硅橡胶中的扩散及溶解动力学行为，探索了硅橡胶复杂体系微发泡过程中泡孔成核增长机理及泡孔形态和结构设计的有效途径，探讨了填料对发泡基体的补强机理，研究了具有不同泡孔形貌、结构的硅橡胶泡沫材料的力学性能，并分析其在压缩、拉伸应力作用下的泡孔结构破坏机理，探索了了物理网络、化学交联网络、超临界二氧化碳过程参数对硅橡胶复杂体系泡孔成核、增长、最终泡孔结构控制、以及泡孔形态与结构的影响规律，建立了硅橡胶复杂体系气体扩散溶解-粘弹行为-加工过程参数-泡孔结构-泡沫性能之间的关系。通过对物理网络和化学交联网络结构、以及超临界流体工艺参数的联合调控，制备出质量轻、弹性保持率高、泡孔均匀、强度高、尺寸稳定性好的高性能微孔硅橡胶发泡材料。本项目对丰富以热塑性聚合物超临界流体微发泡技术为基础的聚合物微发泡基础理论以及拓展橡胶成型加工应用领域有重要意义。