一种纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫及其制备方法，通过在高闭孔率凝胶乳液中引入一定量的纤维，可明显加快高闭孔率泡沫材料分散相水分的干燥速率，显著提高生产效率，降低生产成本；另外，本发明专利技术纤维复合轻质高强聚合物泡沫的力学性能突出，尤其是冲击韧性和弯曲性能。总的来说，本发明专利技术可以得到一类密度范围宽、闭孔率高、综合力学性能突出、耐介质性及耐热性优异、干燥速率较快的轻质高强交联聚合物泡沫材料，极大的推动以凝胶乳液为软模板制备高强度泡沫材料的工业化进程以及对“轻质”和“高强”有高要求应用领域的大力发展。有高要求应用领域的大力发展。有高要求应用领域的大力发展。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫及其制备方法


[0001]本专利技术属于轻质高强多孔材料
，具体涉及一种凝胶乳液软模板法制备的纤维增强交联聚合物泡沫及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天、航海船舶、风电、雷达、交通运输、电子通信和高端体育用品等领域对材料“节能、环保、轻质、高强”性能要求的日益增高，对具有低密度高强度材料的研究显得尤为重要。本课题组专利CN 110229263 B公开了一种凝胶乳液软模板基轻质高强高分子材料及其聚合方法，该轻质高强材料是通过凝胶乳液的制备、凝胶乳液的聚合以及分散相水分的去除三个步骤完成的，该材料密度可大范围调控，闭孔率高，综合性能优异。但该材料在逐步放大生产过程中发现，由于高闭孔率不利于材料分散相水分的去除，导致放大样件水分干燥速率慢，干燥速率慢会导致材料生产速率降低，生产能耗和成本提高，严重阻碍该材料的工业放大和实际应用进程。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服专利CN 110229263 B存在的问题，提供一种具有极高的比强度比模量、冲击韧性好、弯曲性能及拉伸性能高、耐介质性优异、闭孔率可达99％以上且干燥速率较快的纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫及其制备方法。
[0004]针对上述目的，本专利技术纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫由下述步骤制备而成：
[0005]步骤1：凝胶乳液软模板的制备
[0006]常温常压下，将胶凝剂、反应单体、交联剂及引发剂搅拌均匀，形成连续相；然后向连续相中加入分散相进行乳化，形成均一、细腻、倒置不流动的凝胶乳液；其中，所述胶凝剂为胆固醇衍生物、四氧化三铁微纳米颗粒、二氧化钛微纳米颗粒、二氧化硅微纳米颗粒、氧化锌微纳米颗粒、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、二丁基萘磺酸钠等中任意一种或多种的混合物；所述反应单体为苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯等中任意一种或多种的混合物；所述分散相占分散相与连续相总质量的10％～75％。
[0007]步骤2：纤维复合凝胶乳液的制备
[0008]将步骤1中的凝胶乳液与硅烷化试剂处理的纤维进行复合，得到纤维复合凝胶乳液；其中，所述硅烷化试剂处理的纤维的添加量为凝胶乳液中连续相总质量的5％～60％。
[0009]步骤3：纤维复合凝胶乳液的聚合
[0010]将装有纤维复合凝胶乳液的模具放置在水浴或烘箱中进行引发聚合，反应结束后脱模，将脱模后的样块干燥至恒重，到纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫。
[0011]进一步，上述步骤1中，所述反应单体为苯乙烯与丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸叔丁酯的混合物时，丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸叔丁酯的加入量为苯乙烯体积的10％～40％。
[0012]进一步，上述步骤1中，所述交联剂为二官能团交联剂和三官能团交联剂中任意一
种或两种的组合，所述二官能团交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、己二醇二丙烯酸酯中任意一种或两种的混合物，所述三官能团交联剂为三丙烯基异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中任意一种或两种的混合物；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酸叔丁酯中任意一种或多种的组合。
[0013]进一步，上述步骤1中，所述胶凝剂的添加量为反应单体和交联剂总质量的0.5％～5％；所述交联剂的总添加量为反应单体和交联剂总质量的10％～50％，其中二官能团交联剂的添加量为反应单体和交联剂总质量的5％～40％，三官能团交联剂的添加量为反应单体和交联剂总质量的1％～30％；所述引发剂的添加量为反应单体和交联剂总质量的0.5％～3％。
[0014]进一步，上述步骤1中，所述分散相为与连续相不反应且不互溶的水、无机盐水溶液、有机化合物水溶液、酸水溶液、碱水溶液中任意一种。
[0015]进一步，上述步骤2中，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等中任意一种，纤维结构为纤维丝、纤维毡、纤维布、纤维立体框架等中任意一种；其中，纤维为纤维丝、纤维毡或纤维布时，复合方式为层铺复合、浇注复合或浸渍复合，纤维长丝的排布方式为常见的纤维复合树脂的所有排布方式，包括但不限于0
°
、45
°
、90
°
等排布方式的排列组合；纤维为纤维立体框架时，复合方式为浇注复合，具体操作为：将纤维立体框架放置在模具中，把制备好的凝胶乳液浇注于模具内，并轻轻振荡。
[0016]进一步，上述步骤2中，所述硅烷化试剂为KH550、KH560、KH570中任一种或多种的混合物。硅烷化试剂处理纤维的方法为：将质量浓度为0.5％～3％的硅烷化试剂乙醇溶液采用喷洒或浸没的方式对纤维进行表面处理，室温放置24h以上后置于50～60℃干燥。
[0017]进一步，上述步骤3中，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰时，所述引发聚合的温度为30～90℃，反应时间为4～12h；引发剂为异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酸叔丁酯时，所述引发聚合的过程为：先在30～80℃预聚4～10h，然后继续在90～150℃下反应6～12h。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]本专利技术发现，对以凝胶乳液为软模板的高闭孔率泡沫材料来说，分散相水分的干燥包括“传热”和“传质”两个过程，“传热”和“传质”速率决定高闭孔材料的干燥速率。引入一定量的复合纤维后，纤维以贯通分散相与连续相的形式分布，单丝纤维与连续相之间存在纳米级缝隙，这些纳米级缝隙可明显加快材料干燥过程中的“传热”与“传质”速率，且对材料的力学性能无不利影响。总的来说，通过引入一定占比、表面硅烷化处理的纤维，在保证纤维复合交联聚合物泡沫材料优异力学性能的同时，可明显加快高闭孔率泡沫材料分散相水分的干燥速率，显著提高生产效率，降低生产成本，极大的推动以凝胶乳液为模板制备高强度泡沫材料的工业化进程；此外，该纤维复合交联聚合物泡沫在具有较快干燥速率的同时，力学性能尤其是冲击韧性和弯曲性能有明显提升，可大力推动对“轻质”和“高强”有高要求应用领域的发展。
附图说明
[0020]图1是实施例4中材料的整体外观、上表面及侧面图。
[0021]图2是实施例2中纤维复合交联聚苯乙烯泡沫材料的外观图。
[0022]图3是实施例9中纤维复合交联聚苯乙烯泡沫材料的外观图。
[0023]图4是实施例5中纤维立体框架复合交联聚苯乙烯泡沫材料测试弯曲性能的样件。
[0024]图5是实施例4中材料的SEM照片。
[0025]图6是实施例4中纤维与连续相之间的纳米缝隙(传质通道)。
[0026]图7是实施例9中纤维与连续相之间的纳米缝隙(传质通道)。
[0027]图8是实施例12中材料的SEM照片。
[0028]图9是实施例3、4与对比例1中材料干燥速率的对比曲线。
[0029]图10是实施例2和对比例3的干燥速率对比曲线。
[0030]图11是对比例4和实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1：凝胶乳液软模板的制备常温常压下，将胶凝剂、反应单体、交联剂及引发剂搅拌均匀，形成连续相；然后向连续相中加入分散相进行乳化，形成均一、细腻、倒置不流动的凝胶乳液；其中，所述胶凝剂为胆固醇衍生物、四氧化三铁微纳米颗粒、二氧化钛微纳米颗粒、二氧化硅微纳米颗粒、氧化锌微纳米颗粒、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、二丁基萘磺酸钠中任意一种或多种的组合；所述反应单体为苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯中任意一种或多种的混合物；所述分散相占分散相与连续相总质量的10％～75％；步骤2：纤维复合凝胶乳液的制备将步骤1中的凝胶乳液与硅烷化试剂处理的纤维进行复合，得到纤维复合凝胶乳液；其中，所述硅烷化试剂处理的纤维的添加量为凝胶乳液中连续相总质量的5％～60％；步骤3：纤维复合凝胶乳液的聚合将装有纤维复合凝胶乳液的模具放置在水浴或烘箱中进行引发聚合，反应结束后脱模，将脱模后的样块干燥至恒重，得到纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫。2.根据权利要求1所述的纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述反应单体为苯乙烯与丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸叔丁酯的混合物时，丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸叔丁酯的加入量为苯乙烯体积的10％～40％。3.根据权利要求1所述的纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述交联剂为二官能团交联剂和三官能团交联剂中任意一种或两种的组合，所述二官能团交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、己二醇二丙烯酸酯中任意一种或两种的混合物，所述三官能团交联剂为三丙烯基异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中任意一种或两种的混合物；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异...

【专利技术属性】
技术研发人员：房喻，何怡楠，付宝杰，王佩，陈杰，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：