本发明涉及聚合物泡沫，具体是涉及一种具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫及其制备方法。
背景技术：
1、双峰泡孔结构聚合物泡沫是一种具有双峰孔径分布的泡沫材料，因其独特的微观结构，在工业领域上获得了广泛的应用。与传统的均匀泡孔结构的泡沫材料相比，具有双峰泡孔结构的聚合物微泡沫通过在材料内部形成大孔和小孔相结合的双重结构，表现出优越的物理和机械性能。大孔有助于减轻材料重量和改善材料吸能效果，而小孔则可以提高材料的结构强度和隔热性能。通过优化泡孔的尺寸分布，双峰泡孔结构的泡沫能够在保持材料轻量化的同时，显著提升其机械强度和耐久性。此外，这种双峰泡孔结构还使得泡沫材料在动态冲击载荷下表现出更好的能量吸收和缓冲性能。因此，在需要高性能和多功能材料的应用场景中，双峰泡孔结构的泡沫成为了一个理想的选择。
2、目前，制备具有双峰泡孔材料的聚合物泡沫的方法主要为物理发泡法和化学发泡法。物理发泡法首先使气体在聚合物内部达到溶解平衡，然后通过快速泄压或升温造成体系热力学的不稳定，从而实现均相向多相的转变，诱导成核泡孔生长，最后聚合物形成多孔结构，其中包括快速卸压发泡法和升温发泡法。化学发泡法与物理发泡法类似，都是通过降低气体在聚合物中的溶解度，然后气泡成核，泡孔生长，但化学发泡的气体源是通过不同试剂间的化学反应制得。但目前的制备方法多采用多步法制备具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，工艺复杂，生产效率低，这限制了具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫的大规模应用。
3、公开号为cn105385024a公开了一种具有双峰分布的聚丙烯泡沫及其制备方法，具有双峰分布的聚丙烯泡沫由多孔无机粒子与基体树脂组成，具有平均直径为15μm-50μm的大泡孔和平均直径为1μm-10μm的小泡孔所述多孔无机粒子为活性炭、多孔氧化铝、多孔硅胶、分子筛、多孔二氧化硅中的一种或多种的混合。但制得的聚丙烯泡沫的大小孔径区别不明显，较为接近，无法满足不同孔径的需求。
4、公开号为cn114702720a公开了一种聚丁烯泡沫及其制备方法、预制品及应用。制备方法包括如下步骤：(1)对聚丁烯类树脂进行退火处理，得到预制品；退火处理的方式包括超临界co2退火处理或常温常压退火处理；超临界co2退火处理包括：在超临界co2的存在下，对聚丁烯类树脂进行保温保压，泄压，即得；泄压的速率为0.1～1mpa/min；常温常压退火处理包括：将聚丁烯类树脂熔融，在常温常压下冷却，即得；(2)在超临界co2的存在下，将预制品进行保温保压，泄压，即得；其中，泄压的速率为5～300mpa/s。但需要先对聚丁烯类树脂进行退温退火处理，工艺复杂。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，该聚合物泡沫中引入与弹性体相容性较差的成核剂，通过控制成核剂的平均粒径、含量以及分布，可以实现对双峰孔结构进行定向设计。
2、一种具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，主要原料由成核剂和弹性体组成，所述成核剂为镓、汞、铟、锡、铜、铁、钙、镁、钡、镍、钴、铅、铋中的一种单质、金属氧化物或多种单质形成的合金，所述弹性体为热塑性聚氨酯、乙烯醋酸乙烯酯、热塑性聚酯弹性体、聚醚嵌段聚酰胺、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、天然橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶中的至少一种，所述成核剂的平均粒径为1-500μm，所述的成核剂的含量不超过15vol％。
3、本发明中，将成核剂分散在弹性体中，共混发泡后得到具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫。对于表面平整的成核剂，由于成核剂与弹性体之间的相容性差，二者之间存在明显的界面，这个界面的存在会显著降低气泡成核所需克服的吉布斯自由能垒。对于表面不平整、有许多凹凸不平的结构的成核剂，成核剂颗粒表面存在微空穴，这些微空穴以及固熔界面上键合较弱的地方更容易产生气泡。
4、在物理或化学发泡时，气泡成核会优先在成核剂表面上发生，并在成核剂的位点发生非均相成核。非均相成核位点的存在并不排斥均相成核，均相成核也能在远离非均相成核点影响的区域发生。在成核剂位点发生的非均相成核的气泡比均相成核的大，非均相成核的气泡生长为大泡孔，基体中均相成核的气泡生长为小泡孔，发泡后得到双峰泡孔结构的聚合物泡沫。
5、本发明中，采用成核剂和弹性体共混合后可以同时发生均相成核和非均相成核，通过调整成核剂在弹性体中的占比，可对双峰泡孔的大小进行定向设计。当成核剂占比升高时，得到的聚合物泡沫中，大小孔径逐渐接近，会形成均匀泡孔结构的聚合物泡沫。因此，当成核剂占比不超过15％时，得到的聚合物泡沫的内部泡孔结构均呈现明显的大小孔并存现象。
6、优选地，所述的成核剂为镓铟锡合金，所述的弹性体为热塑性聚氨酯，所述的成核剂的含量不超过10vol％。
7、优选情况下，镓铟锡合金作为成核剂分散在热塑性聚氨酯中，二者之间的相容性差，在物理或化学发泡时，气泡成核会优先在镓铟锡合金表面上发生，并在镓铟锡合金的位点发生非均相成核。当镓铟锡合金占比不超过10vol％时，得到的聚合物泡沫中，大小孔径区别明显，具有明显的双峰泡孔结构。
8、优选地，所述的成核剂为铜，所述的弹性体为热塑性聚氨酯，所述成核剂的平均粒径为1-100μm，所述的成核剂的含量不超过10vol％。
9、优选地，所述的具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫中，大泡孔的孔径在40-1000μm之间，小泡孔的孔径在1-100μm之间，所述大泡孔占比为5-90％。
10、本发明还提供了具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫的制备方法，通过一步发泡制备具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，工艺简单，适合大规模生产。
11、一种具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫的制备方法，包括以下步骤：
12、(1)将弹性体和成核剂混合均匀后得到复合材料；
13、(2)将步骤(1)得到的复合材料通过物理发泡法或化学发泡法制得具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫。
14、优选地，所述的物理发泡法为升温发泡法或快速卸压发泡法。
15、进一步优选地，所述的升温发泡法的步骤为将步骤(1)得到的复合材料在高压流体中进行室温饱和处理后，置于加热后的甘油中浸泡，冷却定型后得到具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫。
16、优选情况下，室温下，将弹性体和成核剂共混后的复合材料进行饱和处理，置于加热后的甘油中浸泡，随着温度骤升，整个体系迅速成为过饱和体系，溶解在复合材料中气体集中成核，气体分子开始逐渐向核扩散，使泡孔生长，得到具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫。
17、更进一步优选地，所述的甘油温度为100-160℃，所述的浸泡时间为5-30s。
18、甘油的温度和浸泡时间分别为聚合物泡沫的发泡温度和发泡时间，当发泡温度升高和发泡时间延长时，弹性体表面张力降低，泡孔更易生长，因此泡沫中的大孔孔径增加，发泡倍率增大，聚合物泡沫的密度下降。
19、进一步优选地，所述的快速卸压法的步骤为将步骤(1)得到的复合材料在高压流体中进行饱和处理，待饱和完成后，快速卸压，冷却定型后得到具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫。
20、更进一步优选地，所述的饱和温度为120-160℃，饱和压力为10-16mpa，饱和时间为0.5-1h。
21、与现有技术相比，本发明的有益效果有：
22、(1)本发明中引入金属、金属氧化物或合金作为成核剂，由于成核剂与弹性体之间的相容性差异，能够同时出现均相成核和非均相成核，发泡后，可得到具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫；
23、(2)本发明中通过控制成核剂的粒径、含量，实现聚合物泡沫的孔径调控，满足不同应用需要，适用范围广；
24、(3)本发明采用的方法为常规的物理发泡法和化学发泡法，均只需一步发泡制备具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，工艺简单，适合大规模生产。
1.一种具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，主要原料由成核剂和弹性体组成，其特征在于，所述成核剂为镓、汞、铟、锡、铜、铁、钙、镁、钡、镍、钴、铅、铋中的一种单质、金属氧化物或多种单质形成的合金；所述弹性体为热塑性聚氨酯、乙烯醋酸乙烯酯、热塑性聚酯弹性体、聚醚嵌段聚酰胺、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、天然橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶中的至少一种；所述成核剂的平均粒径为1-500μm，所述成核剂的含量不超过15vol％。
2.根据权利要求1所述的具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，其特征在于，所述的成核剂为镓铟锡合金，所述的弹性体为热塑性聚氨酯，所述的成核剂的含量不超过10vol％。
3.根据权利要求1所述的具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，其特征在于，所述的成核剂为铜，所述的弹性体为热塑性聚氨酯，所述的成核剂的平均粒径为1-100μm，所述的成核剂的含量不超过10vol％。
4.根据权利要求1所述的具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫，其特征在于，所述的具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫中，大泡孔的孔径为40-1000μm，小泡孔的孔径为1-100μm，所述大泡孔的占比为5-90％。
5.根据权利要求1-4任一所述的具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，所述的物理发泡法为升温发泡法或快速卸压发泡法。
7.根据权利要求6所述的聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，所述的升温发泡法的步骤为将步骤(1)得到的复合材料在高压流体中进行室温饱和处理后，置于加热后的甘油中浸泡，冷却定型后得到具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫。
8.根据权利要求7所述的聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，所述的甘油温度为100-160℃，所述的浸泡时间为5-30s。
9.根据权利要求6所述的聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，所述的快速卸压法的步骤为将步骤(1)得到的复合材料在高压流体中进行饱和处理，待饱和完成后，快速卸压，冷却定型后得到具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫。
10.根据权利要求9所述的具有双峰泡孔结构的聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，所述的饱和温度为120-160℃，饱和压力为10-16mpa，饱和时间为0.5-1h。
