[发明专利]一种β晶聚丙烯拉伸膨胀材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯材料及其制备方法，更具体地说，涉及一种以聚丙烯为主体的拉胀材料及其制备方法。

背景技术

拉伸膨胀材料，或称为负泊松比材料，有时简称为拉胀材料，是相对于一些通常已为人们所熟悉的普通材料而言的，如普通的橡皮材料，其泊松比(定义为负的横向应变与轴向应变之比)约为1/2，在受到某一方向上的拉伸(或压缩)时，这类普通材料会在与之垂直的方向上发生收缩(或膨胀)。拉伸膨胀材料则具有显著不同或相反的特点，其泊松比为负值，在受到某一方向上的拉伸(或压缩)时，会在与之垂直的方向上发生膨胀(或收缩)。

实际上，依弹性理论而言，各向同性材料的泊松比可介于-1和1/2之间，通常的材料一般具有接近1/3的泊松比，泊松比为负值的材料非常少见。最早于1987年，R.S.Lakes在Science上报道了一种具有拉伸膨胀特性的聚氨酯泡沫材料，随后人们逐渐发现和发展了一些基于聚合物凝胶、聚合物分子结构、聚合物多孔结构及聚合物共混或复合结构的拉伸膨胀材料，以及一些具有拉伸膨胀特点的金属材料(如镉、砷等)和无机非金属材料(如多晶α-方晶石、热解石墨材料等)。国内如北京大学的魏高原、重庆大学的王万录、四川大学的杨鸣波等及其它一些单位的科研人员均在拉伸膨胀材料方面做了很多有价值的工作，并已经有一些综述性的总结介绍。

目前已发现的拉伸膨胀材料涵盖了聚合物材料、金属材料和无机非金属材料，但可以注意到，其所具有的拉伸膨胀的特点并不依赖于某种特定的材料在这三大材料中的归属，而与所具有的特殊结构有关。所述的特殊结构包括：

(1)属于宏、介观范畴的二维蜂窝结构、三围泡沫结构及微多孔结构等凹角多孔格子结构。如R.S.Lakes在1987年报道的拉伸膨胀泡沫结构材料即为泊松比是-0.6的各向同性凹角多孔结构材料；采取特殊制备工艺可以制备出各向同性的泡沫铜材料，其泊松比约为-0.8；具有各向异性且泊松比取值范围更宽的微格子泡沫材料，如泊松比为-1.24的微多孔聚乙烯材料，其拉伸膨胀特性可能与该微格子材料中微细丝纤维特殊翘起结构有关，这种结构有类似凹角多孔格子结构的特点。其它如经特殊方法得到的具有微孔聚四氟乙烯材料、微孔超高分子量聚乙烯材料等也属于这一类拉伸膨胀材料。国内潘则林等以特殊泡沫结构的控制为核心，制备出了不同材质的这一类型的拉伸膨胀材料(ZL200510130683.3)。

(2)属于介、微观范畴的晶体结构。金属材料、无机非金属材料及聚合物材料都涉及晶体结构材料。基于体心立方或面心立方晶格变形时其构成原子间相互作用的特点，很多材料呈现出沿着晶面方向具有负泊松比的特点，进而宏观上表现为拉伸膨胀材料。如镉可在某一方向上表现出泊松比约为-0.4的性质，其它如砷、锑、铋以及碱金属、α-方晶石、热解石墨、凝胶晶体、等离子晶体等材料都属于这一类型的拉伸膨胀材料。关于上述这些金属和无机非金属拉伸膨胀材料，已经有很多文献报道。关于聚合物类的晶体结构材料，其拉伸膨胀特性很少有报道，目前仅李良彬等报道了单轴拉伸等规聚丙烯高度取向的α晶的拉伸膨胀特性，并分析了其铰链型子母晶的结构基础。

(3)属于介观范畴的复合结构及聚合物共混结构。一些由各向异性纤维填充的复合材料，其在二维或三维方向上的力学性质各向同性，但具有多层次结构，内部容易形成横截面为星形、具有内凹角的微孔结构单元，由此表现出拉伸膨胀特性。一些多层中空纤维填充增强的复合材料，当中空纤维填充量达到一定的体积分数时，该复合材料可表现为拉伸膨胀材料。魏高原等通过理论分析认为，在各向同性的球形包埋物也可具有负泊松比。杨鸣波等共混制备的特殊聚烯烃共混物(聚乙烯和聚丙烯共混物)，泊松比为-1.4，其拉伸膨胀特性被归于共混物材料在拉伸过程中孔洞结构的形成，材料的模量和强度较一些多孔负泊松比材料有较大提高。傅增力等则报道过对聚丙烯/高密度聚乙烯、聚丙烯/高密度聚乙烯/SBS、聚丙烯/SBS的拉伸体积膨胀行为进行的研究，但没有给出材料的负泊松比数据或典型的拉伸膨胀行为特性的证据，难以明确界定为典型的拉伸膨胀材料。

(4)属于微观范畴的特殊分子结构。如分子水平上的聚合物凝胶材料、聚合物液晶材料等具有该类型的结构。在分子水平上进行类似蜂窝状内部凹陷结构的设计和构造，如以液晶聚合物为主链分子结构，同时以棒状结构的分子单元为侧链，可实现材料的拉伸膨胀性能的设计和构造。

(5)其它特定结构。拉伸膨胀材料还可能具有一些其它的特定结构基础。