國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目聚合物材料的輕量化技術(shù)(2016YFB0302200)

隨著我國航天航空、國防、能源、交通、包裝、電器、運(yùn)動器械等行業(yè)的快速發(fā)展，對輕量化的高性能材料需求越來越迫切。具有優(yōu)異機(jī)械性能和絕熱、隔音、絕緣、緩沖等特性的高性能聚合物發(fā)泡材料及其制造技術(shù)受到廣泛關(guān)注，可以為眾多關(guān)系國計(jì)民生的行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)基礎(chǔ)原材料。

采用以二氧化碳(CO2)和氮?dú)獾葹榇淼某R界流體作為環(huán)境友好和安全易用的發(fā)泡劑進(jìn)行聚合物輕量化材料制備，屬于綠色制造新技術(shù)。工業(yè)和信息化部發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南(2015年)》中明確提出“超臨界二氧化碳發(fā)泡塑料制品產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”是優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)。超臨界流體發(fā)泡工藝具有飽和時(shí)間短、成核速率高、泡孔尺寸小、泡孔密度高且泡孔形態(tài)容易控制等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于制備微孔甚至納孔材料，近20年發(fā)展迅速，已由理論和實(shí)驗(yàn)研究陸續(xù)轉(zhuǎn)化為工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。

本項(xiàng)目運(yùn)用綠色高效發(fā)泡工藝，開展聚合物輕量化的應(yīng)用基礎(chǔ) - 共性技術(shù) - 產(chǎn)業(yè)化示范的“一條鏈?zhǔn)健毖芯?，并主要針對油氣儲運(yùn)專用高強(qiáng)度聚氨酯絕熱材料制備和超臨界流體發(fā)泡聚丙烯、聚酯、聚酰胺和聚氨酯彈性體(TPU)等熱塑性聚合物，從發(fā)泡原材料體系、發(fā)泡工藝、發(fā)泡設(shè)備、發(fā)泡材料結(jié)構(gòu) - 性能調(diào)控及制件成型等各方面開展系統(tǒng)深入的研究工作，為高性能聚合物發(fā)泡材料制備的“優(yōu)化、強(qiáng)化和工程化”提供理論和技術(shù)支撐，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列聚合物發(fā)泡材料先進(jìn)制造技術(shù)，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化示范。

項(xiàng)目圍繞“聚合物及其復(fù)合材料體系的多層次多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、發(fā)泡過程與發(fā)泡體結(jié)構(gòu) - 性能關(guān)系”、“超臨界流體、聚合物及其復(fù)合材料體系的混合及熱/質(zhì)傳遞過程強(qiáng)化”等重要科學(xué)問題，設(shè)置了應(yīng)用基礎(chǔ)研究課題“超臨界流體發(fā)泡聚合物過程及發(fā)泡材料結(jié)構(gòu) - 性能調(diào)控”和“反應(yīng)與發(fā)泡過程耦合制備聚合物發(fā)泡材料及其結(jié)構(gòu) - 性能調(diào)控”，采用多尺度分子模擬、實(shí)驗(yàn)研究、過程模擬相結(jié)合的手段，設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的發(fā)泡原材料結(jié)構(gòu)，測定發(fā)泡體系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，控制發(fā)泡過程熱力學(xué)和動力學(xué)變化，協(xié)調(diào)匹配聚合物力學(xué)狀態(tài)/性質(zhì)、反應(yīng)/原位復(fù)合與氣泡的成核和生長等過程，形成發(fā)泡材料結(jié)構(gòu) - 性能調(diào)控策略等。關(guān)鍵共性技術(shù)課題“連續(xù)發(fā)泡過程及其發(fā)泡材料成型的關(guān)鍵技術(shù)”和“間歇發(fā)泡過程及其發(fā)泡材料成型的關(guān)鍵技術(shù)”，將主要解決增強(qiáng)結(jié)構(gòu)填料在黏度動態(tài)變化的聚合體系中界面浸潤、高效均勻分散、發(fā)泡體受限生長以及超臨界流體釜壓、模壓和連續(xù)擠出發(fā)泡的工藝優(yōu)化和關(guān)鍵設(shè)備，以及隔熱材料/增強(qiáng)材料與聚合物發(fā)泡體的復(fù)合、發(fā)泡珠粒/片材的低能耗模塑成型等技術(shù)，形成高效間歇發(fā)泡和可控連續(xù)發(fā)泡的創(chuàng)新技術(shù)。產(chǎn)業(yè)化示范課題“高性能聚合物發(fā)泡材料制備的產(chǎn)業(yè)化示范及應(yīng)用”重點(diǎn)進(jìn)行發(fā)泡過程工程放大規(guī)律研究，優(yōu)化工程實(shí)施方案，建立系列示范裝置，開展發(fā)泡材料及其制品性能測試和評估、應(yīng)用領(lǐng)域拓展等工作。

項(xiàng)目及課題牽頭單位分別為華東理工大學(xué)、浙江大學(xué)、北京化工大學(xué)和北京工商大學(xué)，在高熔體強(qiáng)度發(fā)泡原材料制備、超臨界CO2與聚合物相互作用、連續(xù)/間歇發(fā)泡過程關(guān)鍵工藝和設(shè)備、泡孔結(jié)構(gòu) - 性能調(diào)控等方面，多年來已開展了與國際同步的高水平研究；項(xiàng)目參與單位浙江浦森新材料科技有限公司、無錫會通輕質(zhì)材料股份有限公司、浙江新恒泰新材料有限公司、河北格瑞爾斯塑機(jī)制造有限公司、山東道恩高分子材料股份有限公司、中石化北京化工研究院、上海越科復(fù)合材料有限公司等均為聚合物發(fā)泡材料生產(chǎn)與應(yīng)用的龍頭和創(chuàng)新企業(yè)，擁有國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)、產(chǎn)品以及市場份額。

通過本項(xiàng)目實(shí)施，將建設(shè)年產(chǎn)5000 m3的高強(qiáng)度聚氨酯絕熱材料生產(chǎn)裝置，釜壓發(fā)泡聚丙烯珠粒、模壓發(fā)泡聚丙烯和TPU微孔片板材、連續(xù)擠出發(fā)泡寬幅聚丙烯片板材等系列千噸級超臨界CO2發(fā)泡熱塑性聚合物工業(yè)生產(chǎn)裝置，相關(guān)發(fā)泡材料性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)，應(yīng)用于液化氣儲運(yùn)、汽車、包裝、新能源、家電、運(yùn)動器材等領(lǐng)域，并拓展在航天航空、電子材料、高鐵等領(lǐng)域的應(yīng)用。本項(xiàng)目將促進(jìn)塑料加工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，大幅提升我國聚合物發(fā)泡生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平和競爭力，推動我國聚合物發(fā)泡產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，保障其健康可持續(xù)發(fā)展。項(xiàng)目發(fā)展和創(chuàng)新的聚合物發(fā)泡理論方法和關(guān)鍵共性技術(shù)，以及形成和建設(shè)的發(fā)泡過程裝置/系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)化工程方案和產(chǎn)品市場開發(fā)模式都具有普遍意義，可以指導(dǎo)并應(yīng)用于眾多品種熱塑性聚合物及熱固性聚合物的高性能發(fā)泡材料制備。