[发明专利]一种高隔热高抗压低密度耐热型复合环氧泡沫的制备方法

说明书

本发明涉及环氧树脂技术领域，主要涉及一种高隔热高抗压低密度耐热型复合环氧泡沫的制备方法。本发明通过选用二异氰酸酯作为桥连小分子构建环氧树脂‑二异氰酸酯‑氧化石墨烯三位一体的发泡前驱体，从而在传统环氧‑固化剂交联网络中引入恶唑烷酮与异氰脲酸酯刚性大环增强耐热性。然后通过固化‑发泡分步式操作与阀门开合式发泡两大关键性工序，在前期增加预固化阶段增强熔体强度有利于起泡核的生长，后期释放气压消除泡沫内应力，从而解决环氧树脂固化与发泡工序难以匹配的难题。另一方面驱使氧化石墨烯构筑气泡壁增强增韧，解决了目前环氧泡沫传统制备方法存在的泡孔结构缺陷问题，以及环氧泡沫耐热性与抗压强度难以进一步提高的难题。

技术领域

本发明涉及环氧树脂技术领域，主要涉及一种高隔热高抗压低密度耐热型复合环氧泡沫的制备方法。

背景技术

随着每年大量的化工能源消耗带来严重环境污染，气候变暖，能源短缺和生物多样性减少等问题，追求可持续发展已成为全世界面临的最重要，最紧迫的任务之一。生活中大量的能量因为热耗散问题没有得到高效利用，因此，为了提高能源利用效率而进行的节约能源的革新变得越来越重要。隔热材料由于其极低的导热系数(30-40mW·m^-1·K^-1)受到了工业界的广泛关注，在节能中起着至关重要的作用，并且是降低能耗的关键。聚合物泡沫具有良好的绝缘性能，高机械性能，长久耐用性和低成本的特性已成为最重要的绝热材料之一，并广泛用于各种工业领域，例如建筑，运输，石化和航天。而环氧泡沫作为一种典型的聚合物泡沫，集环氧树脂高强高模，耐酸耐碱、低吸水率、低固化收缩率与聚合物泡沫轻质绝缘的优点，在电器保温层、船舶壳体、飞机结构件、载具浮筒等方面得到了广泛应用。

目前传统制备环氧泡沫的方法主要分为物理发泡法和化学发泡法。物理发泡法分为掺混空心玻璃微球和机械搅打引入空气形成气泡这两种方法，化学发泡法主要是通过发泡剂在成型受热时受热分解产生发泡所需的气体。Mohammed Imran等人(PolymerComposites.2019；40(9):3493-9)通过在环氧树脂中引入四种不同质量配比的中空玻璃微球，研究中小质量比中空玻璃微球和功能化中空玻璃微球增强剂对环氧树脂在复合材料压缩和热机械行为中的影响。但由于中空玻璃微球本身材料与添加极限的缺陷，导致制得的环氧泡沫密度较大，并且中空玻璃微球由于与环氧树脂相容性问题，一般要经过官能化处理，使得发泡过程异常繁琐。Song W等人(Composites Science and Technology.2019；184:107871)在未固化的液态环氧树脂中机械搅打，以引入空气制得树脂的液态泡沫模板，然后进行聚合并引入短切碳纤维，制造具有各向同性孔结构的短切碳纤维增强环氧泡沫。但这样制备的泡沫泡孔大小不均，引入的气泡在升温后流失严重，最终泡孔密度较低。环氧泡沫的发泡方式分为开模发泡和闭模发泡，这二者分别存在自己的劣势。开模发泡制得的泡沫形状不规则，需要裁为所需形状，其次泡孔孔径较大，均匀度较差，进而影响了泡沫的机械性能；闭模发泡制得的泡沫具有较好的泡孔结构及其孔径分布，但由于发泡期间模腔内气压的影响，导致分子链强制运动，泡沫具有内应力，不利于泡沫的保存与应用。综上，传统发泡方式存在环氧泡沫的密度大、各组分相容性差、发泡工艺繁琐、泡孔直径大小、气泡逸出时机与树脂固化时机难以相互匹配等问题，限制了环氧泡沫的进一步发展。

因此，为了解决传统方法存在的问题与环氧树脂本身耐热性能不足的缺陷，本发明提供了一种高隔热高抗压低密度耐热型复合环氧泡沫的制备方法，该方法通过固化-发泡分步式操作与阀门开合式发泡两大关键性工序弥补了传统方法在制备工艺上的不足，解决了环氧树脂固化与发泡工序难以匹配的难题，并创新性地采用石墨烯作为多功能纳米粒子优化泡孔结构的同时协同调节环氧泡沫的泡孔大小及其分布，从而显著提升了环氧泡沫的隔热性能与抗压强度。

发明内容