气体发泡法为什么适用非晶相聚合物制备

%~4 %时，泡孔大、坍塌合并泡较多，泡孔大小不匀、形状不规则等。而在这个加入量范围，沉淀法纳米二氧化硅样品的泡孔结构要优于气相二氧化硅。

图7 不同纳米二氧化硅含量的环氧树脂泡沫样品的泡孔结构SEM照片

比压缩性能可减少压缩强度分析中因密度不同而造成的结果差异。图8为气相纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的含量对比压缩性能的影响。可以看出，随着二氧化硅含量的增加，泡沫材料的压缩性能先上升后下降。当含量在0~2 %时，气相法纳米二氧化硅泡沫样品的比压缩性能要优于沉淀法纳米二氧化硅样品的。当含量在3 %~4 %时，气相法纳米二氧化硅样品由于泡孔结构的恶化而导致样品比压缩性能低于沉淀法纳米二氧化硅样品。从结果可看出，添加1 %的气相纳米二氧化硅能达到最佳效果。

图8 不同纳米二氧化硅含量环氧树脂泡沫样品的比压缩性能对比

2.4

表面活性剂对体系发泡行为和泡沫压缩性能的影响

表面活性剂是一种可以大大降低表面张力、提高表面活性的物质。一般认为，在发泡材料制备的过程中，加入表面活性剂有3个作用。第一，促使树脂体系中不同类型的组分更好地“互溶”；第二，加快泡孔的成核速度；第三，降低气⁃液相界面的表面张力，从而降低气体分散所需的自由能。因此，表面活性剂加入对制备高性能的环氧树脂泡沫材料具有重要作用。

CAB⁃35是一种应用广泛的两性表面活性剂，它同时拥有季铵阳离子以及阴离子基团，且在很宽的pH范围内主要以盐的形式存在。图9是不同CAB⁃35含量环氧树脂泡沫样品的密度，可以看出随着CAB⁃35含量的增加，环氧树脂泡沫样品的密度持续下降。图10为不同CAB⁃35含量的环氧树脂⁃固化剂体系的固化度ɑ随时间的变化，可以看出随着CAB⁃35含量的增加，环氧树脂体系的固化速率加快。这是由于季铵盐可以促进环氧树脂开环，加速固化反应的进行。正是由于固化速度的加快，使反应初期的环氧树脂基体黏度提高更快，从而更好地锁住气泡从而避免了低黏度情况下气体从环氧树脂基体中溢出，提高气体的利用率，使发泡样品的密度降低。所以在本体系中，CAB⁃35还具有促进固化进而提高气体利用率的作用，最终获得密度更小的材料。

图9 CAB⁃35含量对环氧树脂泡沫样品密度的影响

图10 CAB⁃35含量对环氧树脂体系固化速率的影响

图11为体系中CAB⁃35的添加量对材料压缩性能的影响。由图可见，与不添加活性剂的样品相比，加入1 %~4 % CAB⁃35样品的压缩强度均有较显著的提高，而以加入量为1 %的样品压缩性能提高最大，压缩强度从4.0 MPa提高到5.1 MPa，提高了27.5 %。压缩模量从65 MPa提高到81 MPa，提高了24.5 %。图12为不同CAB⁃35含量的环氧泡沫SEM照片，由图可知，CAB⁃35的加入，使泡孔密度提高而孔径下降，均匀性更好，尤其是1 %含量的样品，这说明1 % CAB⁃35的加入对压缩性能的改善是由于降低了相界面的表面张力，使泡孔成核率增加，材料具有更好的泡孔结构。

图11 CAB⁃35含量对环氧树脂泡沫样品的压缩性能以及比压缩性能的影响

图12 不同CAB⁃35含量的环氧树脂泡沫样品泡孔结构的SEM照片

3

结论

（1）以环氧树脂E44为基体树脂、N⁃氨乙基哌嗪为固化剂、聚甲基氢硅氧烷（PMHS）为发泡剂采用室温发泡可以制得泡孔结构和材料压缩性能优良的环氧树脂泡沫材料；最佳配方以质量分数计为：E44、N⁃氨乙基哌嗪、聚甲基氢硅氧烷、气相纳米二氧化硅、CAB⁃35、DH212的最佳加入量分别为100、16、2、1、1、1份；

（2）PMHS含量对泡孔结构有重要影响，需要严格控制，当PMHS含量大于3 %时，含量增加会增大泡孔尺寸，降低泡孔密度，恶化泡孔结构；PMHS含量的增加还降低体系黏度减缓环氧树脂的固化反应，从而影响发泡行为；

（3）少量（1 %）气相纳米二氧化硅的加入有利于降低泡沫平均泡孔直径，增大泡孔密度，具有最佳的泡沫结构和最好的力学性能；

（4）在本体系中，表面活性剂椰油酰胺丙基磺基甜菜碱CAB⁃35除了一般活性剂在发泡体系中常规三大作用外，还具有促进固化反应、提高气体的利用率而获得密度更小的材料的作用；加入1 %的CAB⁃35，压缩性能得到较大提高，压缩强度和压缩模量分别提高了27.5 %和24.5 %，平均泡孔直径也有所下降。

与晶体相反，有些外观上似固体的物质，如玻璃（SiO2），它们内部的质点在三维空间上是不呈周期性平移重复排列的（图2-3B），或者说其内部是不具有格子状构造的物质，此种物质称为非晶质体。由于原子或离子在三维空间分布的无规律性，它们不形成平整的原子面或原子列，所以非晶质体在任何情况下都不可能自发地形成几何多面体的外形，因而也被称为无定型体。自然界中非晶质体的种类和分布远不如晶体那么多。在岩石和矿物中，只有极少数像火山玻璃和水铝英石等属于非晶质体。

图2-3 SiO2结构

必须指出的是，在一定条件下，非晶质体与晶体是可以相互转化的。例如，火山玻璃在漫长的地质年代中，其内部质点可以自发地经过缓慢自我扩散和调整，形成规则有序排列，而成为真正的晶体，这种现象称为晶化或脱玻化。如非晶质的蛋白石转化为玉髓或石英。一般情况下，已结晶的晶体，自身绝不可能自发地转变成非晶质体，但可能因为外部条件因素的影响，其内部原本具有规则有序化排列的质点，由于遭到破坏呈现杂乱无序排列而向非晶质体转变。例如，石英晶体在高温条件下可以转变为石英玻璃（非晶质体）。

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