一种电磁阻抗渐变双梯度结构泡沫的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电磁阻抗渐变双梯度结构泡沫的制备方法，它包括三个步骤，第一步为制备发泡前驱体乳液，第二步为加入异氰酸酯作为发泡组分，高速搅拌后，在外加磁场下进行原位发泡，第三步高温下进行热亚胺化过程。由于外加磁场对泡沫中磁性吸波剂粒子的吸引作用，诱导吸波剂含量随与磁场源距离的增加而逐步减小，形成梯度分布。由于吸波剂含量的变化，导致泡沫基体粘度的变化而使泡沫孔尺寸形成梯度分布，进而形成双梯度渐变结构。有利于泡沫提高衰减特性的同时进一步改善泡沫的阻抗匹配性能，解决衰减特性与阻抗匹配性能间的矛盾，减少电磁波在其表面的反射，拓宽其有效吸波频带。单层匹配厚度下，有效吸波带宽高达10.7 GHz，极具应用潜力。极具应用潜力。极具应用潜力。

A preparation method of foam with electromagnetic impedance gradient double gradient structure

【技术实现步骤摘要】
一种电磁阻抗渐变双梯度结构泡沫的制备方法


[0001]本专利技术涉及吸波材料
，具体是一种电磁阻抗渐变双梯度结构泡沫的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，伴随着现代科学技术的发展，智能通讯、电子技术快速发展，电磁波辐射所带来的潜在危害日益突出，研发能够衰减电磁波辐射的吸波材料，已成为材料科学的研究热点。
[0003]针对现如今电磁频段的多样化，要求现代智能吸波材料兼具多频段的吸收能力，实现电磁波辐射的最大化衰减。为满足不同频段下的吸波要求，需要吸波材料兼顾的频段多、频带宽。多层结构具有在不同波段同时吸波的优势，然而多层结构由于其由每层性能不相同的非连续层组合而成，其界面的存在将极大的影响结构的阻抗匹配性能，从而降低对电磁波的衰减能力。同时明显的界面组合，在面对高频振动等机械行为干扰时，容易发生界面脱粘，使其使用耐久性大幅降低，维养成本极高。因此，通过合理的吸波泡沫结构设计，依托材料界面、组分的精确调控，实现多层吸波材料以及结构上的梯度过渡，满足电磁波最大化入射和有效吸收，从而实现泡沫阻抗匹配性能及其衰减特性的优化，满足吸波材料“薄、轻、宽、强”的效果。这是目前研究的主要方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
中提出的问题，提供了一种电磁阻抗渐变双梯度结构泡沫的制备方法，该方法可制备得到品质好的发泡吸波材料。
[0005]本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：一种电磁阻抗渐变双梯度结构泡沫的制备方法，包括以下步骤：（1）将60
‑r/>80g的芳香二酐和醇类溶解于50
‑
60g极性溶剂中，然后先加入5
‑
10g的聚乙二醇作为羟基扩链剂，随后加入3
‑
10g胺类催化剂和2
‑
5g有机锡类催化剂，再加入10
‑
20g硅油和10
‑
15g水，不断搅拌得到聚酰亚胺发泡前驱体乳液（PAA），在不断搅拌过程中，向其中加入占体系总质量0%
‑
2%的磁性吸波剂，超声30min后，再搅拌20min，使吸波剂在乳液中均匀分散，作为组分一；（2）将100
‑
150g异氰酸酯作为组分二，加入到组分一中并持续以2000
‑
300rpm的高速搅拌15s
‑
30s，倒入模具中使其自由发泡，同时调整外加诱导磁场源的距离（从0到150mm），使磁性吸波剂在渐进变化的磁场吸引下呈现出含量的梯度分布，与此同时，吸波剂含量由多到少的变化，导致泡沫基体粘度呈现由大到小的同步渐进变化，使得泡沫孔尺寸呈现梯度分布，进而实现双梯度渐变结构的构建；（3）待发泡结束后，将泡沫置于室温下自然沉降6h，之后在40℃真空烘箱干燥12h，然后分别在真空烘箱内80℃、120℃和180℃温度下保温2h后，真空烘箱内冷却至室温，完成热亚胺化，即得到电磁阻抗渐变双梯度结构的聚酰亚胺泡沫材料（PI foam）。
[0006]目前的中国专利CN 107903430 A 公开一种异氰酸酯基聚酰亚胺硬质泡沫的制备方法，其属于预聚体的制备、发泡过程及高温后处理的控制工艺。通过调节有机锡类催化剂和胺类催化剂的配比得到不同结构与性能的泡沫材料。但是在制备过程中，需要预聚体在80℃～95℃条件下反应4～6小时，难以满足方便快捷的制备需求，且是均质结构，未对吸波性能进行评估和调控。
[0007]中国专利CN 113929955 A 公开一种硬质聚酰亚胺泡沫及其制备方法，其先制备了聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，然后将聚酰亚胺泡沫前驱体溶液和多异氰酸酯化合物迅速注入到高压容器中，通入高压CO2，进行高压条件下的湿凝胶，最后利用超临界状态的CO2萃取极性溶剂，得到多孔聚酰亚胺凝胶，使多孔聚酰亚胺凝胶酰亚胺化，得到聚酰亚胺泡沫。但是在制备过程中需要高压容器温度升高至31.1
°
C~l00
°
C，压力升高至7.52MPa~40Mpa以维持CO2的超临界状态，能源消耗需要较大，泡沫同样为均质结构，未对吸波性能进行评估和调控。
[0008]文献(Materials Today Physics 2021, 21, 100521)公开制备聚酰亚胺/碳纳米管复合泡沫制备方法，将聚酰亚胺泡沫前驱体溶液和多异氰酸酯化合物迅速搅拌后倒入模具中自由发泡，之后进行酰亚胺化，得到均质结构的聚酰亚胺泡沫。之后采用多次浸渍碳纳米管悬浮液的方法，使聚酰亚胺和碳纳米管进行复合。但是该方法制备的聚酰亚胺/碳纳米管复合泡沫中碳纳米管与泡沫孔壁结合较弱，在外力作用下容易脱落，难以满足长期服役要求。
[0009]本专利技术的目的是在用异氰酸酯和聚酰亚胺前驱体乳液进行一步法发泡制备聚酰亚胺泡沫的过程中，在前驱体乳液中加入吸波剂并进行超声处理，使吸波剂在前驱体乳液中混合均匀。之后加入异氰酸酯组分，高速搅拌后，进行自由发泡的过程中，施加渐变的磁场诱导环境，从而诱导吸波剂和泡沫孔尺寸的梯度分布，进而形成双梯度渐变结构。异氰酸酯和聚酰亚胺前驱体乳液一步法制备聚酰亚胺的合成工艺简单，效率高，反应不产生有害气体，环境友好；电磁和阻抗双梯度渐变结构，有利于提高泡沫材料的阻抗匹配性能，进一步强化其电磁波衰减能力，可在微波吸收、电磁屏蔽等领域得到应用。
[0010]将得到的电磁阻抗渐变双梯度结构的聚酰亚胺泡沫材料与聚乙烯石蜡按一定比例混合后裁制成内径3 mm,外径7 mm 的圆环，通过矢量网络分析仪，得到复合材料的吸波性能。
[0011]进一步地，芳香二酐包括均苯四酸二酐、3，3
’
，4，4
’‑
二苯甲酮四酸二酐、3，3
’
，4，4
’‑
二苯甲醚四酸二酐、2，2
‑
双(3，4
‑
苯二甲酸酐)六氟丙烷或1，3
‑
双(3，4
‑
苯二甲酸酐)六氟丙烷中的一种或多种。本方案选用的芳香二酐中的芳环对分子链强度与热力学稳定性有贡献作用，同时芳香二酐与异氰酸酯基可以发生缩聚反应，反应中产生的小分子作为发泡剂使聚酰亚胺材料具有泡孔结构。
[0012]进一步地，醇类包括甲醇、乙醇或乙二醇中的一种或多种。本方案选用醇类作为扩链剂，与异氰酸酯链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大，提高聚酰亚胺等产品的力学性能和工艺性能。
[0013]进一步地，极性溶剂包括四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或多种。本发泡体系较大，选用这类含胺极性溶剂具有良好的溶解性，且有利于提升发泡化学反应速率。
[0014]进一步地，有机锡类催化剂包括二乙酸二丁基锡、二丁基二月桂酸锡或辛酸亚锡中的一种或多种。选用有机锡化合物能与异氰酸根产生配位，使
─
NCO极化，从而使异氰酸酯分子中带正电荷的碳原子更加活泼，更容易与多元醇聚合物端羟基反应。
[0015]进一步地，胺类催化剂包括三乙醇胺、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁阻抗渐变双梯度结构泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将60
‑
80g的芳香二酐和醇类溶解于50
‑
60g极性溶剂中，然后先加入5
‑
10g的聚乙二醇作为羟基扩链剂，随后加入3
‑
10g胺类催化剂和2
‑
5g有机锡类催化剂，再加入10
‑
20g硅油和10
‑
15g水，不断搅拌得到聚酰亚胺发泡前驱体乳液（PAA），在不断搅拌过程中，向其中加入占体系总质量0%
‑
2%的磁性吸波剂，超声30min后，再搅拌20min，使吸波剂在乳液中均匀分散，作为组分一；（2）将100
‑
150g异氰酸酯作为组分二，加入到组分一中并持续以2000
‑
300rpm的高速搅拌15s
‑
30s，倒入模具中使其自由发泡，同时调整外加诱导磁场源的距离（从0到150mm），使磁性吸波剂在渐进变化的磁场吸引下呈现出含量的梯度分布，与此同时，吸波剂含量由多到少的变化，导致泡沫基体粘度呈现由大到小的同步渐进变化，使得泡沫孔尺寸呈现梯度分布，进而实现双梯度渐变结构的构建；（3）待发泡结束后，将泡沫置于室温下自然沉降6h，之后在40℃真空烘箱干燥12h，然后分别在真空烘箱内80℃、120℃和180℃温度下保温2h后，真空烘箱内冷却至室温，完成热亚胺化，即得到电磁阻抗渐变双梯度结构的聚酰亚胺泡沫材料（PI foam）。2.根据权利要求1所述的一种电磁阻抗渐变双梯度结构泡沫的制备方法，其特征在于：所述芳香二酐包括均苯四酸二酐、3，3
’
，4，4
’‑
二苯甲酮四酸二酐、3，3
’
，4，4
’‑
二苯甲醚四酸二酐、2，2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢定祥，王跃毅，李南，李忠明，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：