[发明专利]一种硬质聚酰亚胺泡沫结构材料及其制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及到一种硬质聚酰亚胺泡沫结构材料及其制备方法。

技术背景

众所周知，在高分子材料技术领域中，聚酰亚胺泡沫是聚酰亚胺材料最重要的应用形式之一。聚酰亚胺泡沫具有良好的隔热降噪性能、耐热性、耐辐照性能以及电气性能等，已被广泛应用于航空、航天、汽车、运载火箭、铁路机车、船舶、电子等领域。聚酰亚胺泡沫材料的研究起于19世纪60年代中期，美国DuPont公司最早申请了相关专利US3249561。该专利在聚酰胺酸溶液中加入脱水剂或脱水剂/叔胺的混合物，然后再加入可产生气体的酸，以产生的CO或CO₂发泡，最后固化得到聚酰亚胺泡沫材料，但是由该种方法制备的聚酰亚胺泡沫孔径不均匀。美国US4,900,761专利将二胺、二酐(或其衍生物)溶解在低分子醇中，得到聚酰亚胺前体溶液或粉末，然后通过加热得到聚酰亚胺泡沫，利用该方法不能得到宽密度范围的聚酰亚胺泡沫，尤其是不能得到超低密度且力学性能优良的制品。中国专利CN101402743A公开的制备聚酰亚胺泡沫的泡孔均匀、开孔率高且吸声性能好。但是这些聚酰亚胺泡沫质软，硬度和强度较差，限制了其作为结构材料应用于航空航天等高端领域。目前，用作结构材料的泡沫主要有硬质聚氯乙烯(PVC)泡沫、硬质聚氨酯(PU)泡沫、硬质聚苯乙烯(PS)泡沫、硬质聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫，其中硬质PVC、PU、PS泡沫的长期使用温度只能在120℃左右，硬质PMI泡沫的长期使用温度只能在180℃左右，不能作高温状态下的隔热降噪材料使用，也难以作为碳纤维增强环氧树脂复合材料支撑体使用，更不可能作为高温先进树脂基复合材料的支撑体使用。中国专利CN101812232A公开了一种将芳香二酐或芳香四酸与异氰酸酯反应得到聚酰亚胺泡沫前体溶液，然后加入起泡剂自由发泡并经热处理制备硬质聚酰亚胺泡沫的方法。由于该方法在制备前体溶液的过程中会产生CO₂气体并逸出，同时还采用了自由发泡方式，虽然泡沫的使用温度高于200℃，但压缩强度仅有0.4-0.7MPa，也限制了其作为结构材料的应用领域。因此，开发一种长期使用在温度高于200℃，质硬，高强，低密的泡沫结构材料，使其即可作为高温状态下的隔热降噪材料使用，也可以作高温先进复合材料成型支撑体或夹心材料使用，是本领域当期的重要任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单、泡孔均匀，质硬、高强、低密，耐高温，易于产业化的硬质聚酰亚胺泡沫结构材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种硬质聚酰亚胺泡沫结构材料，由芳香二酐和/或芳香酸脂、高分子醇、低分子醇、催化剂、表面活性剂按比例混合在极性溶剂中反应形成泡沫前体溶液，泡沫前体溶液中各组分含量为：

芳香二酐和/或芳香酸脂        100份，

极性溶剂                     80-300份，

高分子醇                     0.5-40份，

低分子醇                     0.5-25份，

催化剂                       0.01-30份，

表面活性剂                   1-50份，

各组分用量单位以质量份数计；泡沫前体溶液与异氰酸酯在模具内按质量比例为1∶0.5-2的比例混合反应，并加压发泡形成泡沫中间体，再经过微波辐射定型和烘箱加热固化后得到硬质聚酰亚胺泡沫结构材料。

上述所述芳香二酐和/或芳香酸脂是：3，3’，4，4’-三苯二醚四酸二酐、3，3’，4，4’-二苯酮四酸二酐、4，4’-六氟亚异丙基-邻苯二甲酸酐、3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐、3，3’，4，4’-联苯四酸二酐、3，3’，4，4’-二苯砜四酸二酐、1，2，4，5-均苯四甲酸酐或上述酸酐与醇反应形成的二酸二酯。

上述所述极性溶剂是：N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、苯酚、甲酚、对氯苯酚、1，2，4-三氯代苯或邻二氯苯。

上述所述高分子醇是：聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000、聚乙二醇-8000、聚乙二醇-10000、聚乙二醇-20000或聚乙烯醇；所述低分子醇是：甲醇、乙醇、丙醇或正丁醇。

上述高分子醇的分子量大于等于400，低分子醇的分子量小于400。