一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法，该泡沫材料由PEN树脂基体通过超临界流体发泡方法获得。本发明专利技术首先通过注塑成型方式获得PEN待发泡试样，然后将PEN试样通过间歇式超临界流体发泡方法进行发泡，通过调节吸附时间来控制超临界流体在聚合物体系中的扩散程度，进而调控发泡层的厚度。通过该方法可获得具有“表皮层/泡沫层/实芯层”的夹芯结构PEN泡沫材料。这种夹芯结构赋予了材料“外柔内刚”的特性，当遇到外界冲击时，外部较为柔软的泡沫层首先发生溃缩缓冲，吸收部分能量，而内部实芯结构充当骨架，给予材料足够的力学支撑，从而使其在密度降低的同时展现出比纯实体或纯泡沫更高的冲击强度。

【技术实现步骤摘要】
一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法。
技术介绍
轻量化技术是现代战争的发展趋势，是武器装备实现快速反应能力的重要措施。聚芳醚腈(PEN)作为一种热塑性特种高分子材料，具有优异的力学性能、绝缘性、耐热性、耐辐照性及耐化学介质性，在作为高性能结构件或功能材料等方面有着巨大的应用前景，也是武器装备实现轻量化的一类理想材料。然而，在某些特殊条件下，其常规的复合材料密度仍然较高，并且不具备隔声隔热等功能特性，无法满足某些复杂环境下的使用需求，因此，需要进一步探索其轻量化及结构功能一体化的解决方案。材料的泡沫化是降低其密度、拓展其功能化应用的有效途径，超临界流体发泡技术由于所用发泡剂为二氧化碳、氮气等绿色气体，避免了化学发泡等发泡方式带来的环境污染及人员健康等问题，因此也成为了获得优质泡沫材料的理想手段之一。泡沫材料的性能由聚合物本体和泡孔结构两个方面决定，在材料本体确定的前提下，其相应的泡沫材料性能则直接由其内部的结构决定。由此可见，泡沫材料的结构设计对于实现泡沫材料性能的定制具有重要意义。此外，利用间歇式超临界流体发泡方式制备聚合物泡沫的重要环节是超临界流体的吸附与扩散，而这一过程除了与温度压力密切相关之外“时间”也是影响这一过程的关键因素。
技术实现思路
本专利技术提出了通过调控吸附时间来控制超临界流体在聚合物体系中的扩散程度进而调节发泡层的厚度的方法，并通过此方法获得了具有“表皮层/泡沫层/实芯层”的夹芯结构PEN泡沫材料。这种夹芯结构赋予了材料“外柔内刚”的特性，当遇到外界冲击时，外部较为柔软的泡沫层首先发生溃缩缓冲，吸收部分能量，而内部实芯结构充当骨架，给予材料足够的力学支撑，从而使其在密度降低的同时展现出比纯实体或纯泡沫更高的冲击强度。针对现有技术所存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法，并提供一种在密度降低的同时展现出比纯实体或纯泡沫更高的冲击强度的部分发泡的聚芳醚腈泡沫材料。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法，包括以下步骤：1)挤出造粒将PEN树脂粉体经140℃，6小时的烘干预处理后，置于双螺杆中经熔融挤出造粒；将挤出的物料浸入水槽中冷却，送入切粒机中切粒，切粒机转速：200-400r/min，最后将切好的粒子打包，即制成PEN粒料；2)待发泡试样制备将步骤1)所得PEN粒料经140℃，4小时的烘干预处理后通过注塑成型的方式制成尺寸为8×1×0.4cm的长方体试样；3)超临界流体发泡步骤将步骤2)所得PEN试样放置于高压釜中，通入发泡气体并升高高压釜温度和压力至设定值；待PEN试样吸附一定时间后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入已达设定温度的油浴锅进行发泡，待达到预定发泡时间后将样品取出并迅速放入冰水中冷却定型，获得PEN泡沫材料。作为进一步优化，所用聚芳醚腈分子结构如下：作为进一步优化，所述的聚芳醚腈树脂为无定形聚合物，玻璃化转变温度为175℃，起始热分解温度(T5％)＞450℃。作为进一步优化，步骤3)中，所述的发泡气体为二氧化碳或氮气。作为进一步优化，步骤3)超临界流体发泡步骤中，高压釜温度为40～60℃，压力为10～30MPa，吸附时间为2～48h，油浴温度(即，发泡温度)为150～210℃，油浴时间(即，发泡时间)为0.5～8min。作为进一步优化，所述泡沫材料相对于实体材料可降重5％～40％。本专利技术另一方面提供一种通过上述制备方法制备的部分发泡的聚芳醚腈泡沫材料，所述的部分发泡的聚芳醚腈泡沫材料具有夹芯结构。本专利技术另一方面提供一种通过上述制备方法制备的非夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料。本专利技术的有益效果在于：本专利技术首次提出了夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法，本专利技术从泡沫材料的构效关系出发，充分考虑超临界流体在聚合物基体中的吸附与扩散，并通过调节吸附时间来调控发泡层的厚度，获得了具有“表皮层/泡沫层/实芯层”的夹芯结构PEN泡沫材料。这种夹芯结构赋予了材料“外柔内刚”的特性，当遇到外界冲击时，外部较为柔软的泡沫层首先发生溃缩缓冲，吸收部分能量，而内部实芯结构充当骨架，给予材料足够的力学支撑，从而使其在密度降低的同时展现出比纯实体或纯泡沫更高的冲击强度。本专利技术提供了一种夹芯结构泡沫材料的设计思路，拓宽了PEN树脂的应用范围，同时，本专利技术对高性能泡沫材料的发展也具有指导性的意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为PEN实体及实例1～4所得泡沫材料断面照片；图2为实例3所得夹芯结构泡沫材料断面SEM照片；图3为PEN实体及实例1～4所得泡沫材料表观密度；图4为PEN实体及实例1～4所得泡沫材料无缺口冲击强度。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。在任一实施例中，本专利技术的夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法，包括以下步骤：1)挤出造粒将PEN树脂粉体经140℃，6小时的烘干预处理后，置于双螺杆中经熔融挤出造粒，其挤出工艺为：将挤出的物料浸入水槽中冷却，送入切粒机中切粒，切粒机转速：200-400r/min。最后将切好的粒子打包，即制成PEN粒料。2)待发泡试样制备将步骤1)所得PEN粒料经140℃，4小时的烘干预处理后通过注塑成型的方式制成尺寸为8×1×0.4cm的长方体试样，具体注塑参数见下表：实施例1将PEN长方体试样放置于高压釜中，通入CO2气体并升高高压釜温度至40℃，加压至30MPa。待PEN试样吸附4h后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入温度为150℃油浴锅浸泡5s并迅速放入冰水中冷却定型，获得1#PEN泡沫材料。实施例2将PEN长方体试样放置于高压釜中，通入CO2气体并升高高压釜温度至40℃，加压至30MPa。待PEN试样吸附12h后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入温度为150℃油浴锅浸泡5s并迅速放入冰水中冷却定型，获得2#PEN泡沫材料。实施例3将PEN长方体试样放置于高压釜中，通入CO2气体并升高高压釜温度至40℃，加压至30MPa。待PEN试样吸附36h后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入温度为150℃油浴锅浸泡5s并迅速放入冰水中冷却定型，获得3#PEN泡沫材料。实施例4将PEN长方体试样放置于高压釜中，通入CO2气体并升高高压釜温度至40℃，加压至30MPa。待PEN试样吸附48h后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入温度为150℃油浴锅浸泡5s并迅速放入冰水中冷却定型，获得4#PEN泡沫材料。如图1所示，其给出了PEN长方体试样实体及实例1～4所得泡沫材料断面照片，其中，0#样品为未发泡的实体PEN试样，从其断面照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)挤出造粒将PEN树脂粉体经140℃，6小时的烘干预处理后，置于双螺杆中经熔融挤出造粒；将挤出的物料浸入水槽中冷却，送入切粒机中切粒，切粒机转速：200‑400r/min，最后将切好的粒子打包，即制成PEN粒料；2)待发泡试样制备将步骤1)所得PEN粒料经140℃，4小时的烘干预处理后通过注塑成型的方式制成尺寸为8×1×0.4cm的长方体试样；3)超临界流体发泡步骤将步骤2)所得PEN试样放置于高压釜中，通入发泡气体并升高高压釜温度和压力至设定值；待PEN试样吸附一定时间后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入已达设定温度的油浴锅进行发泡，待达到预定发泡时间后将样品取出并迅速放入冰水中冷却定型，获得PEN泡沫材料。

【技术特征摘要】
1.一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)挤出造粒将PEN树脂粉体经140℃，6小时的烘干预处理后，置于双螺杆中经熔融挤出造粒；将挤出的物料浸入水槽中冷却，送入切粒机中切粒，切粒机转速：200-400r/min，最后将切好的粒子打包，即制成PEN粒料；2)待发泡试样制备将步骤1)所得PEN粒料经140℃，4小时的烘干预处理后通过注塑成型的方式制成尺寸为8×1×0.4cm的长方体试样；3)超临界流体发泡步骤将步骤2)所得PEN试样放置于高压釜中，通入发泡气体并升高高压釜温度和压力至设定值；待PEN试样吸附一定时间后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入已达设定温度的油浴锅进行发泡，待达到预定发泡时间后将样品取出并迅速放入冰水中冷却定型，获得PEN泡沫材料。2.如权利要求1所述的一种夹芯结构聚芳醚腈泡沫材料制备方法，其特征在于，所用聚芳醚腈分子结构如下：3.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷雅杰，祁青，王宪忠，刘涛，张风顺，贺江平，戴西洋，余雪江，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51