微波烧结效果及机理

如图2a所示，随着微波辐射时间的延长，珠粒之间的熔结效果明显改善。与纯PS相比，由于PS/PPO-50%具有较高的加工温度，应延长微波时间，可以实现较好的界面粘结（图3d）。同时，伴随着微波的选择性加热，泡沫能够实现二次膨胀，这有助于制备出特定泡孔尺寸和膨胀比的泡沫。

图3b表示了泡沫珠粒的烧结机理。在加工过程中，尽管甘油被微波加热到相对较高的温度，但泡沫长时间处于高温环境中仍能确保整体不会发生塌陷。这是因为随着珠粒的膨胀，珠粒之间的甘油沿着珠粒的缝隙被挤出，以确保在烧结过程中，有较少甘油残留物留在界面处。因此，长时间加热不会显著影响泡沫的宏观和微观结构，这拓宽了微波熔结过程中的加工温度窗口。

图2.在1000 W的微波辐射功率下在不同时间制备的PS珠粒泡沫部件的宏观图像（a）; IFS策略的机理图（b）;在1000 W的微波辐射功率下烧结不同时间的PS（c）和PS/PPO-50%（d）的烧结界面和中心的SEM图像。

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如图3a-3c所示，通过微波熔结制备的PS珠粒泡沫样品即使在60%的压缩应变下仍表现出很强的粘结性。从图3f-3g可以看出，具有不同密度的PS泡沫样品具有不同的泡孔结构，低密度泡沫样品具有较大的泡孔尺寸和较薄的泡孔壁，从而导致泡沫变形阻力显著降低。

如图3h-3i所示，为具有不同PPO含量的泡沫样品和经水蒸气烧结处理的EPS泡沫样品（所有样品的密度均为约0.14g/cm3）的压缩性能。PPO的加入显著提高了PS泡沫部件的机械性能，在50% PPO含量下达到最高压缩强度（8.16MPa），与纯PS泡沫（3.19MPa）相比增加了155%，与EPS泡沫（1.01MPa）相比增加了707%。

出色的机械强度进一步验证了微波辅助熔结工艺的可靠性和稳定性，使其能够快速制造具有稳定3D几何形状的高性能热塑性泡沫。

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https://doi.org/10.1016/j.coco.2024.101925