[发明专利]一种热塑性聚酰亚胺发泡粒子及其成型体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺发泡材料的制备技术领域，特别涉及一种热塑性聚酰亚胺发泡粒子的制备方法，以及利用该热塑性聚酰亚胺发泡粒子制备发泡粒子成型体的方法。

背景技术

聚酰亚胺泡沫具有轻质、优异的隔热性能、耐高低温性能、抗冲击性能、自阻燃性能等而广泛应用于航空航天飞机、水面舰艇、潜艇、轨道交通等军用和民用领域。

国内外大量专利公开了聚酰亚胺发泡材料的制备方法，主要包括糊发泡法、粉末发泡法以及球发泡法。美国专利US5077318A、US5122546A等公开了一种糊发泡法，该方法采用高固含量聚酰亚胺前驱体糊状物进行升温发泡。通过控制糊状物的固含量可以调节聚酰亚胺发泡材料的密度，该方法所制备的聚酰亚胺发泡材料的密度可以低至2kg/m³。美国专利US20020040068A1公开了一种采用粉末发泡工艺制备聚酰亚胺的方法，该方法首先通过共混一定比例的芳香四酸、芳香多胺、二胺二硅氧醚制备聚酰亚胺前体粉末，然后加热聚酰亚胺前体粉末至300～500℃制备表观密度低于70kg/m³的聚酰亚胺发泡材料。中国专利CN1528808A公开了一种微球法制备聚酰亚胺发泡材料的方法，该方法首先制备聚酰亚胺前驱体粉末，然后通过加热使聚酰亚胺粉末预发泡成部分酰亚胺化的微球，最后把部分酰亚胺化的微球在更高的温度下加热制备成聚酰亚胺发泡材料。

上述传统的聚酰亚胺发泡材料制备方法均在发泡过程涉及聚酰亚胺前体的酰亚胺化反应，所制备的发泡材料多存在酰亚胺化反应不完全、发泡材料性能不稳定等问题。更重要的是，传统方法制备的聚酰亚胺发泡材料均容易发生粉末剥落的现象，这不但损害操作工人的身体健康，而且也存在安全隐患。进一步地，轻质聚酰亚胺发泡材料经常包含大量的功能性粒子，功能性粒子在施工和使用过程的剥落会削弱材料的功能性。另外，传统聚酰亚胺发泡材料具有开孔含量高、吸水高的缺陷，这限制该种材料的应用范围。

传统聚酰亚胺发泡材料的制备工艺多需要使用模具，发泡材料的尺寸受模具尺寸的限制，发泡材料的制备过程复杂、生产效率低、批次之间材料性能不易稳定控制。为解决厚尺寸发泡材料制备过程中模具存在温度梯度的问题以及大尺寸模具中升温速率慢的问题，研究者多采用微波加热的方法来减小模具的温度梯度，该方法存在设备昂贵，生产成本高的问题。

发明内容

本发明的技术目的是针对现有技术中制备聚酰亚胺发泡材料的不足，提供一种制备热塑性聚酰亚胺发泡材料的新方法，利用该方法制备得到的热塑性聚酰亚胺发泡材料具有发泡粒子膨胀程度高、泡孔为闭孔结构、材料密度低、力学性能优异、尺寸大小易于控制、生产效率高、易于进行大规模工业化生产等特点。

为了实现上述技术目的，本发明人在长期的科学研究基础上，结合大量的实验后发现：聚合物片材在发泡时，泡孔增长速度受周围聚合物基体的影响，而聚合物粒子在发泡过程中，则处于自由膨胀的状态。因此，相同处理条件下聚合物发泡粒子的膨胀倍率一般高于聚合物发泡片材的膨胀倍率。另外，实验发现：材料升温发泡时，加热介质的性质明显影响聚合物发泡材料的膨胀倍率。如液体加热介质具有较高的传质效率，发泡材料易于在短时间达到高膨胀倍率后迅速发生收缩现象，而热空气加热介质具有较低的传质效率，发泡材料膨胀速度慢但处于高膨胀倍率阶段的时间较长，因而比较易于得到更高的膨胀倍率。

基于上述的研究基础，本发明人创造性地尝试采用连续挤出造粒得到的热塑性聚酰亚胺粒子，以高压混合流体为发泡剂、以连续的热空气为发泡加热介质，制备热塑性聚酰亚胺发泡粒子，以下是该制备方法的具体步骤：

步骤1：将热塑性聚酰亚胺颗粒放入挤出机，通过熔融挤出方法，制备得到热塑性聚酰亚胺粒子；

步骤2：将热塑性聚酰亚胺粒子放入高压釜中，注入高压流体和有机溶剂组成的高压混合流体，使高压混合流体在热塑性聚酰亚胺粒子中达到饱和状态，得到饱和的热塑性聚酰亚胺粒子；

所述的高压流体为高压CO₂、N₂、HFC、HCFC流体中的一种或者多种，其中优选为CO₂流体；有机溶剂为四氢呋喃、氯仿、乙醇、甲醇、丙酮、吡啶、N-甲基吡咯烷酮、N,N二甲基甲酰胺等中的一种或多种；

步骤3：将饱和的热塑性聚酰亚胺粒子在连续热空气介质中加热、发泡，得到聚酰亚胺发泡粒子。

上述热塑性聚酰亚胺发泡粒子的制备方法中：

所述的聚酰亚胺的分子结构为其中，

A选自但不限于下列基体中的一种或多种：