一种取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，包括：在溶剂中加入脂肪醇、芳香族二酐和封端剂，进行酯化反应；添加二胺继续反应；干燥处理，去除溶剂，得到RTM型可发泡前驱体；将线性热塑性聚酰亚胺树脂与RTM型可发泡前驱体混合挤出，在机头定制模具内腔壁均匀分布长纤维，挤出的同时实现取向长纤维的紧密包覆；对材料进行定长切割，在发泡模具中完成定容发泡。本发明专利技术还公开一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料，以长纤维为增强体，以线性热塑性聚酰亚胺树脂和RTM型可发泡前驱体的混合挤出物为基体，提高了聚酰亚胺泡沫材料的弯曲强度、压缩强度和韧性，可应用于航天领域泡沫夹芯材料、雷达罩夹芯材料等。雷达罩夹芯材料等。

【技术实现步骤摘要】
一种取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法，属于高分子材料


技术介绍

[0002]硬质聚酰亚胺泡沫是一类新型的高性能聚合物泡沫材料。目前，聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(PMI)作为侧链型聚酰亚胺，因其优异的综合性能在航空航天、高端仪器、风力发电等领域各种领域获得了大量的应用。但其在大于200℃高温状态下易软化，难以满足新一代装备对材料耐温性的要求。与PMI相比，主链型聚酰亚胺泡沫耐温性能更佳，并可在200℃以上的高温环境下服役，部分种类耐温性可达250℃以上。
[0003]制备主链型聚酰亚胺泡沫材料的方法有多种，包括：以芳香二酐及芳香二胺为主要原料制备微球，再热压微球进行制备；或，利用芳香二酐和异氰酸酯为原料进行制备，该类泡沫材料具有良好的性能，使用温度可达到200～250℃；另外，也可基于RTM工艺树脂、以降冰片烯二酸酐为封端剂、以α
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异构联苯酐为主要二酐制备硬质聚酰亚胺泡沫，所制备的泡沫具有较高的闭孔率，闭孔率可达到90％以上。
[0004]然而，上述体系制备的主链型聚酰亚胺泡沫材料的压缩强度和弯曲强度比相同密度的PMI低，并呈现脆性断裂的现像。鉴于上述情况，需探索一种制备具有高压缩强度和高弯曲强度等性能的主链型聚酰亚胺泡沫材料的方法。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法，解决了主链型聚酰亚胺泡沫材料在高温环境下难以保证压缩强度和弯曲强度的问题。本专利技术得到的取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料具备高压缩强度和高弯曲强度，可在高温下进行服役。
[0006]本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其主要特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)在溶剂中添加芳香族二酐、封端剂和脂肪醇，直至酯化反应完全；
[0009](2)在上一步产物中加入二胺，反应0.5～3h；
[0010](3)对上一步的产物进行干燥处理，并对干燥后产物进行粉碎，得到RTM型可发泡前驱体；
[0011](4)将线性热塑性聚酰亚胺树脂与上一步的产物进行混合挤出，长纤维沿模具内腔壁均匀取向分布，在混合挤出过程中完成长纤维的包覆；
[0012](5)将上一步的产物进行定长切割，沿同一方向填充入模具，进行定容发泡，得到取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中，芳香族二酐至少包含2,3,3',4'
‑
二苯醚四酸二酐、2,
3,3',4'
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二苯甲酮四酸二酐、双酚A型二苯醚二酐、2,3,3',4'
‑
联苯四甲酸二酐或3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐中的一种；
[0014]进一步地，所述步骤(1)中，溶剂至少包含四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种；
[0015]进一步地，所述步骤(1)中，脂肪醇包括甲醇或乙醇；
[0016]进一步地，所述步骤(1)中，封端剂至少包含5
‑
降冰片烯
‑
2,3
‑
二酸酐或4
‑
苯乙炔苯酐中的一种。
[0017]进一步地，所述步骤(1)中，脂肪醇和封端剂两者与芳香族二酐的物质的量比均为(6～2):1，其中封端剂中酸酐基团与芳香族二酐中酸酐基团的物质的量比为1:(1～5)。
[0018]进一步地，所述步骤(2)中，二胺至少包含对苯二胺、间苯二胺、1,3
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双(4'
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氨基苯氧基)苯、4,4'
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二胺基二苯醚、3,4'
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二胺基二苯醚、4,4'
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双(3
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氨基苯氧基)苯甲酮、4,4'
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双(3
‑
氨基苯氧基)二苯基砜或2,2'
‑
双[4
‑
(4
‑
氨基苯氧基苯基)]丙烷中的中的一种。
[0019]进一步地，所述步骤(2)中，芳香族二酐和封端剂中的酸酐基团与二胺中的胺基的物质的量比为1:(1～1.1)。
[0020]进一步地，所述步骤(1)和(2)中，反应温度为50～70℃。
[0021]进一步地，所述步骤(4)中，长纤维至少包括碳纤维、芳纶纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、玻璃纤维或石英纤维中的一种；
[0022]进一步地，所述步骤(4)中，加工温度为250～270℃；
[0023]进一步地，所述步骤(4)中，长纤维分布方向为沿线性热塑性聚酰亚胺树脂与RTM型可发泡前驱体混合物的挤出方向。
[0024]进一步地，所述步骤(4)中，线性热塑性聚酰亚胺树脂与RTM型可发泡前驱体的质量比为1:(1～10)。
[0025]进一步地，所述步骤(5)中，发泡温度为280～320℃。
[0026]一种取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料，根据上述取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料的制备方法得到，以长纤维为增强体，以线性热塑性聚酰亚胺树脂和RTM型可发泡前驱体的混合挤出物为基体。
[0027]所述取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料的密度为100
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600kg/m3，压缩强度为1.5～2.5MPa，弯曲强度为1.9～5.1MPa。
[0028]根据本专利技术提供的一种取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，具有以下有益效果：
[0029](1)本专利技术在添加长纤维增强体的过程中，长纤维沿混合挤出物基体的特定方向取向分布，长纤维的刚度得到充分发挥，有效提高了聚酰亚胺泡沫材料的弯曲强度和压缩强度。本专利技术的取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料具有突出的力学性能，相较现有技术中相同密度的泡沫材料压缩强度提高20％～50％，弯曲强度提高80％～200％，改善了主链型聚酰亚胺泡沫的压缩强度和弯曲强度不佳的现状，接近同密度PMI的力学性能。
[0030](2)本专利技术在制备混合挤出物基体的过程中，添加线性热塑性聚酰亚胺树脂，有效提升了聚酰亚胺泡沫材料的韧性。
[0031](3)本专利技术中制备的取向长纤维增强聚酰亚胺泡沫材料，可在高于200℃下服役，拓宽了硬质聚酰亚胺泡沫材料的应用温度范围，可替代PMI等泡沫材料应用于高温场景中。
适宜用作夹芯材料中的泡沫芯层材料，如于航天领域泡沫夹芯材料、雷达罩夹芯材料等。
[0032](4)本专利技术在包覆长纤维增强体的过程中，将长纤维沿定制模具内腔壁均匀分布，上述模具尺寸与螺杆挤出机机头尺寸适配。在混合物基体挤出的同时完成长纤维的紧密取向包覆，操作方便。
具体实施方式
[0033]下面通过对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其主要特征在于，包括以下步骤：(1)在溶剂中添加芳香族二酐、封端剂和脂肪醇，直至酯化反应完全；(2)在上一步产物中加入二胺，反应0.5～3h；(3)对上一步的产物进行干燥处理，并对干燥后产物进行粉碎，得到RTM型可发泡前驱体；(4)将线性热塑性聚酰亚胺树脂与上一步的产物进行混合挤出，长纤维沿机头定制模具内腔壁均匀取向分布，在混合挤出过程中完成长纤维的包覆；(5)将上一步的产物进行定长切割，沿同一方向填充入发泡模具，进行定容发泡，得到取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料。2.根据权利要求1所述的一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，芳香族二酐至少包含2,3,3',4'
‑
二苯醚四酸二酐、2,3,3',4'
‑
二苯甲酮四酸二酐、双酚A型二苯醚二酐、2,3,3',4'
‑
联苯四甲酸二酐或3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐中的一种；所述步骤(1)中，溶剂至少包含四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种；所述步骤(1)中，脂肪醇包括甲醇或乙醇；所述步骤(1)中，封端剂至少包含5
‑
降冰片烯
‑
2,3
‑
二酸酐或4
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苯乙炔苯酐中的一种。3.根据权利要求1所述的一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，脂肪醇和封端剂两者与芳香族二酐的物质的量比均为6～2:1，其中封端剂中酸酐基团与芳香族二酐中酸酐基团的物质的量比为1:1～5。4.根据权利要求1所述的一种取向长纤维增强的聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，二胺至少包含对苯二胺、间苯二胺、1,3
‑
双(4'
‑
氨基苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晶晶，王在铎，酒永斌，赵一搏，滕冲，吴文敬，胡子扬，许小强，耿琼，
申请(专利权)人：北京市射线应用研究中心，
类型：发明
国别省市：