一种含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1.发泡料浆的用量计算；按照含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫整体表观密度及制备聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的模具规格，设计聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的密度较高，含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫整体表观密度较低，计算发泡料浆总用量以及用于制备聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的发泡料浆用量，二者之差为用于填充蜂窝芯格芯格的发泡料浆用量；S2.发泡料浆的配制；S3.结合S1

【技术实现步骤摘要】
一种含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻燃材料
，特别涉及一种含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫及其制备方法。

技术介绍

[0002]一步法聚酰亚胺泡沫是一种以酸酐及异氰酸酯为原材料制备的聚酰亚胺泡沫。由于其酰亚胺环结构和多孔结构，一步法聚酰亚胺泡沫具有吸声、隔热、耐辐射、耐高低温、耐酸碱性等多种突出的理化性能，同时与其他类型聚酰亚胺泡沫相比，其生产工艺相对简单、成品率更高且价格更为低廉，因此被广泛应用于航空航天、汽车、高速列车、微电子等高端领域。
[0003]进一步地，在对隔热吸声泡沫材料阻燃性及使用安全性要求并不严苛，而完全酰亚胺化的一步法聚酰亚胺泡沫价格过高无法大量应用于建筑、储藏等普通
，一步法聚酰亚胺泡沫由于其配方可调节性及可设计性极强，表现出独特的技术优势。其核心在于，一步法聚酰亚胺泡沫配方及发泡成型制备技术可以通过减少占原材料成本比重较高的酸酐或其衍生物用量的方式，实现酸酐或其衍生物与异氰酸酯用量比例的降低、材料酰亚胺化程度的降低，最终在保证材料生产成本、阻燃性及使用安全性线性下降的同时，仍然能够保证泡沫体的发泡成型，得到隔热吸声效果良好的泡沫体。因此，一步法聚酰亚胺泡沫的该项制备技术优势，有利于不同领域用特定防火等级的一步法聚酰亚胺泡沫制备及生产，在保证材料防火等级不严重过剩的同时，最终产品价格相比于完全亚胺化的一步法聚酰亚胺泡沫得到有效降低，实现了一步法聚酰亚胺泡沫材料产能及应用领域的大幅度提升。
[0004]为进一步提高系列化一步法聚酰亚胺泡沫材料与其他聚合物基隔热吸声泡沫材料的市场竞争能力，探索在不改变系列化一步法聚酰亚胺泡沫材料制备配方中酸酐或其衍生物用量、酰亚胺化程度条件下，进一步提高其阻燃性及使用安全性乃至机械性能的新路径，已成为系列化一步法聚酰亚胺泡沫材料发展的主要方向。基于这些新路径的探索发现，可反推进行已满足特定防火等级要求的一步法聚酰亚胺泡沫材料制备配方的进一步调节即酸酐或其衍生物用量的进一步降低，以实现材料成本的进一步降低。
[0005]与此同时，一步法聚酰亚胺泡沫作为轻质功能材料，其在较低密度下表现出易撕裂、易断裂、强度不高等问题，而目前针对一步法聚酰亚胺泡沫机械性能的提升往往采用模压提升密度等方式来解决，但是却会造成原材料用量及制造成本的急剧增加。
[0006]目前，国内外科研工作者及相关单位主要通过添加各种阻燃剂的方式来进一步提高一步法聚酰亚胺泡沫的阻燃性及使用安全性。
[0007]在中国专利文献CN107286343A公开的“一种无卤复合阻燃聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法”中，专利技术人通过添加石墨类材料和磷系阻燃剂在密封球磨钢罐中高速球磨而制备出石墨烯磷酸或磷酸化石墨阻燃材料来提高一步法聚酰亚胺泡沫的阻燃性。
[0008]在中国专利文献CN104497255A公开的“一步法制备高阻燃性低密度聚酰亚胺泡沫的方法”中，专利技术人通过同时添加水滑石和液体阻燃剂，显著提高了一步法聚酰亚胺泡沫的
阻燃性。
[0009]在中国专利文献CN110922627A公开的“一种低成本阻燃聚酰亚胺绝热泡沫及其制备方法和用途”中，专利技术人通过添加自主合成的反应型磷系阻燃剂提升了材料的阻燃性。
[0010]上述添加阻燃剂的方式均能够有效提升一步法聚酰亚胺泡沫材料的阻燃性及使用安全性，然而目前大部分高效阻燃剂的成本远高于均苯四甲酸酐等价格低廉的酸酐原材料，成为一项新的核心成本要素。与此同时，大部分高效阻燃剂为液体，在一步法聚酰亚胺泡沫高温固化过程中容易挥发，既降低了其本身的阻燃效果，也不利于环境保护，而且添加量过高还会引起内部团聚现象，严重影响材料的力学性能。
[0011]在《Effects of aramid honeycomb core on the flame retardance and mechanical property for isocyanate
‑
based polyimide foams》中，作者通过以芳纶蜂窝芯格对一步法聚酰亚胺泡沫整体进行空间分隔的方式，实现了其阻燃性的有效提升以及材料力学性能的大幅度提升。但是，芳纶蜂窝芯格本身成本相比于低酰亚胺化程度的一步法聚酰亚胺泡沫成本还要高，因此不适于在工业化生产方面应用。进一步地，相关研究人员开展了以铝蜂窝对一步法聚酰亚胺泡沫整体进行空间分隔的研究，虽然提升了其阻燃性及使用安全性，但是由于铝蜂窝的热桥作用，大大损失了其隔热性能，使一步法聚酰亚胺泡沫的导热系数由0.04W/(m
·
K)左右上升至0.5W/(m
·
K)左右，隔热或保温功能降低到原来的10％左右，对材料的应用极为不利。

技术实现思路

[0012]有鉴于此，为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提出一种含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫及其制备方法，其能够解决现有技术中阻燃材料的阻燃性能和力学性能不足、且生产工艺复杂和生产成本高的技术问题。
[0013]所采用的技术方案为：
[0014]本专利技术的一种含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1.发泡料浆的用量计算：按照含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫整体表观密度及制备聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的模具规格，设计聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的密度较高，含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫整体表观密度较低，计算发泡料浆总用量以及用于制备聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的发泡料浆用量，二者之差为用于填充蜂窝芯格芯格的发泡料浆用量；
[0016]S2.发泡料浆的配制：先后称取极性溶剂、芳香二酐，加入接有回流冷凝器的反应装置中，搅拌并使体系升温至40
‑
80℃后停止加热，随后加入脂肪醇与芳香二酐进行酯化反应至反应结束；冷却至室温后依次加入泡沫稳定剂、表面活性剂、催化剂、去离子水，搅拌均匀后得到发泡底料；将发泡底料自反应装置中倒入发泡料浆混合容器中后，立刻向发泡底料中加入多异氰酸酯，经机械搅拌均匀后，即为发泡料浆；
[0017]S3.聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的制备：按照步骤S1计算的聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的发泡料浆用量及步骤S2配制的总的发泡料浆，从步骤S2配制的总的发泡料浆中取得计算量的用于制备聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的发泡料浆后，将该发泡料浆迅速均匀倒入上开口并涂有脱模剂的钢质模具底部，以带有环形均匀分布钢质六棱柱结构并涂有脱模剂的钢板为上盖，快速闭模、拧紧螺丝，静置10
‑
15min，随后将模具放入160
‑
240℃温度的烘箱内，高温固
化2
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3h，降温脱模后得到聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格；
[0018]S4.含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫的制备：继续使用步骤S3中所用上开口并涂有脱模剂的钢质模具，根据步骤S1计算的填充蜂窝芯格芯格的发泡料浆用量；从步骤S2配制的总的发泡料浆中取得计算量的用于填充芯材芯格的发泡料浆后，将该发泡料浆迅速均匀倒入其底部，随后快速将步骤S3所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：S1.发泡料浆的用量计算：按照含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫整体表观密度及制备聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的模具规格，设计聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的密度较高，含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫整体表观密度较低，计算发泡料浆总用量以及用于制备聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的发泡料浆用量，二者之差为用于填充蜂窝芯格芯格的发泡料浆用量；S2.发泡料浆的配制：先后称取极性溶剂、芳香二酐，加入接有回流冷凝器的反应装置中，搅拌并使体系升温至40
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80℃后停止加热，随后加入脂肪醇与芳香二酐进行酯化反应至反应结束；冷却至室温后依次加入泡沫稳定剂、表面活性剂、催化剂、去离子水，搅拌均匀后得到发泡底料；将发泡底料自反应装置中倒入发泡料浆混合容器中后，立刻向发泡底料中加入多异氰酸酯，经机械搅拌均匀后，即为发泡料浆；S3.聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的制备：按照步骤S1计算的聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的发泡料浆用量及步骤S2配制的总的发泡料浆，从步骤S2配制的总的发泡料浆中取得计算量的用于制备聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格的发泡料浆后，将该发泡料浆迅速均匀倒入上开口并涂有脱模剂的钢质模具底部，以带有环形均匀分布钢质六棱柱结构并涂有脱模剂的钢板为上盖，快速闭模、拧紧螺丝，静置10
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15min，随后将模具放入160
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240℃温度的烘箱内，高温固化2
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3h，降温脱模后得到聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格；S4.含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫的制备：继续使用步骤S3中所用上开口并涂有脱模剂的钢质模具，根据步骤S1计算的填充蜂窝芯格芯格的发泡料浆用量；从步骤S2配制的总的发泡料浆中取得计算量的用于填充芯材芯格的发泡料浆后，将该发泡料浆迅速均匀倒入其底部，随后快速将步骤S3所制备的聚酰亚胺泡沫蜂窝芯格插入模具中，以涂有脱模剂的平板型钢板为上盖，快速闭模、拧紧螺丝，静置10
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15min，随后将模具放入160
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240℃温度的烘箱内，高温固化2
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3h，降温脱模后，得到含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫。2.根据权利要求1所述的含蜂窝芯格结构的聚酰亚胺复合泡沫的制备方法，其特征在于，步骤S2中，按重量份计，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙高辉，张珺赫，张浩，冯程程，周瑜，韩世辉，陈蓉蓉，王君，
申请(专利权)人：黑龙江省生态环境监测中心，
类型：发明
国别省市：