在泡孔成核階段，相對于Talc，由于CaSiO3與TPAE的高界面張力會(huì )降低異相成核能壘和CO2傾向于聚集在不相容的兩相界面處的兩方面共同作用，使得CaSiO3與TPAE界面區域的成核數遠高于Talc。同時(shí)發(fā)泡溫度接近TPAE的熔點(diǎn)，TPAE相的表面張力遠低于無(wú)機粒子分散相的表面張力，因此泡孔會(huì )傾向于向TPAE基體相生長(cháng)，而這種具有一定取向的泡孔生長(cháng)更容易實(shí)現開(kāi)孔結構。

隨后相比較于Talc與TPAE之間良好的相容性，TPAE基體與CaSiO3分散相界面間的相互作用十分微弱，CaSiO3粒子會(huì )更容易從泡孔壁的黏接作用中脫落，形成細小的孔洞，而隨著(zhù)泡孔的進(jìn)一步生長(cháng)，孔洞也會(huì )逐漸擴大，從而形成具有高開(kāi)孔率的TPAE/CaSiO3復合物開(kāi)孔泡沫。

與TPAE基體存在較高界面張力的無(wú)機粒子更傾向于促進(jìn)開(kāi)孔結構的形成，但界面張力的大小不是影響TPAE泡沫高開(kāi)孔率的唯一因素，因此本研究詳細分析了TPAE/無(wú)機粒子復合物泡沫的開(kāi)孔率與界面張力以及粒子在基體中密度的相關(guān)性，并對結果進(jìn)行了擬合分析，如圖9所示。

無(wú)機粒子與TPAE具有較高界面張力，并且粒子在TPAE基體中的分布密度較大時(shí)，復合物傾向于形成具有更高開(kāi)孔率的泡沫。其中對于TPAE/CaSiO3復合物，CaSiO3的團聚現象導致的粒子尺寸增加也對泡沫的開(kāi)孔率產(chǎn)生改善效果。此現象的理論依據可追溯至Vollenberg和Heikkinen提出的關(guān)于脫黏所需起始應力的公式（8）

σT分別是脫黏應力和熱應力，Pa；WAB是黏結可逆功，J·m2；E是基體的楊氏模量，Pa；R是顆粒半徑，m；C1，C2是常數。

式（8）揭示了起始脫黏應力受到粒子與基體間黏接強度（即界面張力）、楊氏模量以及顆粒尺寸的共同影響。隨著(zhù)顆粒尺寸和界面張力的增加，脫黏所需的起始應力降低，導致由顆粒脫黏引發(fā)的空隙會(huì )隨著(zhù)更高的泡孔壁的拉伸變形速率而增加。對于TPAE/CaCO3、TPAE/CaSiO3及TPAE/WI這3種復合物，由于其較高的界面張力或較大的粒子直徑，促使分散相從TPAE基體中的脫落更為容易，較高的粒子密度導致異相成核位點(diǎn)增多，進(jìn)而顯著(zhù)提升泡孔密度和減少泡孔壁厚，泡沫生長(cháng)過(guò)程中拉伸應變速率的提高使泡孔壁所承受的拉伸應力增大，從而導致復合物泡沫的開(kāi)孔率進(jìn)一步增加。其中，TPAE/WI復合物因在界面張力以及粒子分布密度上的雙重優(yōu)勢而具有最高的開(kāi)孔率。

2.4 TPAE/無(wú)機粒子復合物泡沫的尺寸穩定性

彈性體發(fā)泡材料的收縮問(wèn)題是普遍存在的，這嚴重限制了泡沫的實(shí)際應用。分析了185℃時(shí)TPAE/無(wú)機粒子復合物泡沫的尺寸穩定性，結果如圖10所示，可以發(fā)現，純TPAE的發(fā)泡倍率雖然高達22倍，但是由于負壓和材料自身剛性不足的影響，發(fā)泡倍率隨時(shí)間急劇下降，TPAE泡沫出現嚴重的收縮變形。而無(wú)機粒子的加入可提高TPAE/無(wú)機粒子復合泡沫的尺寸穩定性。相比較于Talc，CaCO3、CaSiO3、WI的改善效果尤其顯著(zhù)，這3種復合物泡沫的發(fā)泡倍率隨時(shí)間基本不發(fā)生變化，收縮現象明顯改善。

圖11為185℃時(shí)TPAE/無(wú)機粒子復合物泡沫的收縮率和開(kāi)孔率?？梢钥闯?，相比較于純TPAE和TPAE/Talc泡沫，其他3種復合物泡沫具有更高的開(kāi)孔率和更低的收縮率，表明開(kāi)孔結構的形成和開(kāi)孔率的增加是提高TPAE泡沫尺寸穩定性的關(guān)鍵因素。

圖10 TPAE/無(wú)機粒子復合物的發(fā)泡倍率隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

圖11 185℃時(shí)TPAE/無(wú)機粒子泡沫的收縮率與開(kāi)孔率

這是因為開(kāi)孔結構能夠允許CO2和空氣在泡孔中自由通過(guò)，并且開(kāi)孔率越高，CO2和空氣進(jìn)行置換的速率越接近，使得CO2流出泡沫速度與空氣流入泡沫速度之間的差異越小，從而避免了較大壓差導致的泡沫收縮。

圖12展示了4種TPAE/無(wú)機粒子泡沫熟化后的發(fā)泡倍率隨溫度變化的情況。結果表明，相較于純TPAE，4種復合物泡沫的最終發(fā)泡倍率均有所增加，其中TPAE/CaCO3、TPAE/CaSiO3及TPAE/WI顯著(zhù)提升。已知影響發(fā)泡倍率的主要因素有發(fā)泡劑的溶解度和聚合物的流變性能。由于無(wú)機粒子的添加量較少，基本不會(huì )影響CO2在復合物中的溶解度及流變性能。因此TPAE/無(wú)機粒子復合物的初始發(fā)泡倍率與純TPAE基本一致，但無(wú)機粒子的添加會(huì )促進(jìn)TPAE形成開(kāi)孔結構，尤其是CaCO3、CaSiO3以及WI可使TPAE形成高開(kāi)孔率的泡沫，減小了泡沫的收縮，使得完全熟化后的發(fā)泡倍率遠高于TPAE，大大提高了TPAE的發(fā)泡性能。

3結論

（1）揭示了無(wú)機粒子促使復合物泡沫形成開(kāi)孔結構的機制，即通過(guò)兩相界面粘接的脫離以及降低非均相成核能壘提高泡孔密度，從而使微孔連通形成開(kāi)孔結構。且復合物泡沫的開(kāi)孔率會(huì )隨著(zhù)無(wú)機粒子與TPAE基體之間的界面張力、無(wú)機粒子的直徑以及分布密度的增加而增加。

（2）相對于Talc，CaCO3、CaSiO3、WI這3種無(wú)機粒子可使TPAE形成開(kāi)孔率在90%以上的復合物泡沫，發(fā)泡倍率由純TPAE的10倍增加到20倍左右，收縮率從66%降至5%以下，明顯改善了TPAE泡沫的尺寸穩定性；并且無(wú)機粒子的添加，使得復合物泡沫的泡孔直徑降低，泡孔密度增加。

無(wú)機粒子對TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（一）

無(wú)機粒子對TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（二）

無(wú)機粒子對TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（三）

無(wú)機粒子對TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（四）