CN115723285A

CN115723285A - 一种模具和应用其制备聚酰亚胺泡沫复合材料的方法

Info

Publication number: CN115723285A
Application number: CN202211424989.XA
Authority: CN
Inventors: 周光远; 聂赫然; 李卓超; 汪伟
Original assignee: Changzhou Fulong New Technology Materials Co ltd
Current assignee: Changzhou Fulong New Technology Materials Co ltd
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本申请涉及聚酰亚胺泡沫复合技术领域，尤其是涉及一种模具和应用其制备聚酰亚胺泡沫复合材料的方法。一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先配置聚酰亚胺泡沫发泡浆料，然后将浆料注射入本发明提供的模具中，组合好模具后等待发泡结束，待发泡结束后即可进行脱模分切、高温定型等后处理流程。本发明无需进行微波流程降低了生产成本并缩短了整体生产时间，且可以对各种纤维增强材边角料粉碎后进行复合，减少了原材料浪费并解决了废料回收的问题。更进一步的，本发明所提供的模具解决了传统聚酰亚胺发泡工艺所无法解决的圆顶问题，极大地提高了泡沫原料的利用率。

Description

一种模具和应用其制备聚酰亚胺泡沫复合材料的方法

技术领域

本申请涉及聚酰亚胺泡沫复合技术领域，尤其是涉及一种模具和应用其制备聚酰亚胺泡沫复合材料的方法。

背景技术

聚酰亚胺泡沫复合材料是由大块发泡后刨切出的聚酰亚胺泡沫进行涂胶复合后制成的，复合后聚酰亚胺泡沫的物理化学性能和特种功能均能随着进行复合的增强材料得到显著提升。

针对上述相关技术，发明人发现，聚酰亚胺泡沫传统发泡工艺存在着无法解决的圆顶问题极大的限制了泡沫原始泡体的利用率提升，且复合时使用的胶粘剂往往不仅会散发出刺鼻难闻的气味影响生产人员的身体健康还会对环境造成污染破坏。

发明内容

为了改善现有聚酰亚胺泡沫发泡工艺泡沫利用率低且生产工艺复杂的缺陷，本申请提供一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法。

本申请提供一种模具和应用其制备聚酰亚胺泡沫复合材料的方法，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供了一种模具，采用以下技术方案：

一种模具，包括：

模具底板，所述模具形成为板型件；

多个限位块，多个所述限位块沿所述模具底板的周向方向设置于所述模具底板的一侧；

模具盖板，所述模具盖板设于所述多个限位块原理模具底板的一侧且与多个所述限位块抵接设置。

通过采用上述技术方案，本申请优化了模具结构，解决了传统聚酰亚胺发泡工艺所无法解决的圆顶问题，极大的提高了泡沫的利用率，减少了生产成本、减轻了废料处理的压力。

优选的，多个所述限位块等间距设置，每个相邻所述限位块之间的间隙形成为溢料口。

优选的，所述模具盖板和/或所述模具底板设有沿其厚度方向贯通的螺丝固定孔。

第二方面，本申请技术方案提供了一种应用上述模具制备聚酰亚胺泡沫复合材料的方法，采用以下技术方案：

一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、取模具并在模具底板内壁面铺设脱模材料，待脱模材料铺设完成后，再在脱模材料表面铺设待复合材料；

S2、配置发泡材料原料并浇注至上述铺设待复合材料模具内部；

S3、按聚酰亚胺泡沫复合材料层数，在模具上层重复铺设相应待复合材料和发泡材料原料后，再将脱模材料铺设在模具上层并固定好模具盖板发泡处理；

S4、待静置发泡完成后，开模、修整和分切，收集得基体泡沫板，根据聚酰亚胺泡沫复合材料结构，选择是否对基体泡沫板二次加工，直至完成并收集泡沫板板材；

S5、将泡沫板板材置于烘箱中，固化处理即可得到泡沫复合板成品。

通过采用上述技术方案，本申请优化了聚酰亚胺泡沫材料的制备工艺，采用复合材料与原料共同发泡制备的技术方案，从而使制备的聚酰亚胺泡沫复合材料的结构更加稳定，同时该方案成型的材料有效改善了传统发泡工艺由于发泡速度不均匀出现的圆顶结构，从而使制备的聚酰亚胺泡沫复合材料制备过程中原料的利用率。

优选的，步骤S2中所述的发泡材料原料，按重量份数计包括：

芳香族二酐 20～65份；

异氰酸酯 50～105份；

溶剂 10～40份；

低分子醇 0.1～10份；

发泡剂 25～80份；

稳泡剂 2～20份；

催化剂 0.1～9份。

通过采用上述技术方案，本申请一方面优化了发泡原料的组分，降低了配方前期预混料中溶剂的含量，一方面提高了泡沫本身在发泡阶段的结构强度，避免了泡沫的开裂，另一方面提高了物料长时间存储的稳定性，使得配置好的物料可于储料罐中长时间存储不发生性状改变，同时也减少了整体生产过程中的溶剂挥发，保护了操作人员的人身健康与地球环境。

优选的，所述发泡原料采用以下方案混合制备而成：

将芳香族二酐、溶剂及低分子醇进行第一次混合后，得到第一溶液；

将发泡剂、稳泡剂和催化剂第二次混合后，得到第二溶液；

将所述第一溶液、所述第二溶液和异氰酸酯共同搅拌进行第三次混合后即得到发泡浆料。

通过采用上述技术方案，本申请通过原材料配方的优化，能使得芳香族二酐在低溶剂环境下即可生成反应所需的低黏度液态前驱体，且能于储料罐中长期稳定存储不发生性状改变。并且优选的第二溶液配方因采用特定的催化剂使得反应朝着有利的方向进行，减少了反应所需的时间，优选的稳泡剂也极大地改善了泡孔的结构，使得泡孔变得细腻。整个反应过程中除了溶剂外不产生其他无用的、需额外步骤去除的副产物，简化了原材料反应和发泡的操作流程，降低了生产成本。

优选的，所述第一次混合、第二次混合和第三次混合的方式包括加热搅拌和/或机械搅拌；所述混合制备的温度为20～110℃，所述混合制备的转速为200～5500 r/min，所述混合制备的时间为0.1～12h。

优选的，步骤S5所述固化处理为加热固化，所述加热固化的温度为180～230℃，加热固化的时间为2～3h。

通过采用上述技术方案，本申请进一步优化了制备方案中的温度、搅拌速度和混合时间等工艺，从而使优化制备后的聚酰亚胺泡沫复合材料的制备效率有效提高。

优选的，所述脱模材料包括PET薄膜、PI薄膜、PP薄膜、PE薄膜或牛皮纸中的至少一种。

优选的，所述复合材料包括耐高温的网格状结构或间隙的耐高温非致密材料。

通过采用上述技术方案，本申请对复合材料种类进行优化，通过筛选的耐高温非致密材料能在热固化处理过程中，对高温环境有效适应的同时，非致密结构的材料能显著增大与聚酰亚胺泡沫体的复合表面积以提高复合强度并在每层聚酰亚胺基体泡沫板表面形成固定和支撑的作用，有效改善了聚酰亚胺基体泡沫板的结构强度。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

本申请提供了一种特定步骤的聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，通过特定的简单的步骤再结合相应的工艺流程上的改进，实现了聚酰亚胺泡沫复合材料的低损耗生产，简化了生产工艺，减少了污染，而且不涉及微波流程极大地降低了生产成本。

本发明提供的模具解决了传统聚酰亚胺发泡工艺所无法解决的圆顶问题，极大的提高了泡沫的利用率，减少了生产成本、减轻了废料处理的压力。

实验结果表明，本发明提供的制备方法，相对传统发泡方式80%左右的原泡利用率，可提升至95%以上且能对所需进行复合的材料的边角余料进行再利用，无需胶粘剂对操作人员和地球环境更加友好。

附图说明

图1为本申请实施例1中采用的模具结构示意图；

图2为本申请实施例1制备的聚酰亚胺泡沫复合材料的结构示意图；

其中，1、模具底板；2、限位块；3、模具盖板；4、溢料口；5、螺丝固定孔。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或聚酰亚胺泡沫发泡领域使用的常规纯度。

本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。

本发明所有工艺，其简称均属于本领域的常规简称，每个简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够理解其常规的工艺步骤。

如图2所述，本申请采用的模具为多层结构，在底层，本申请设置有模具底板1，该模具底板1为矩形板型件，该矩形板型件上，沿其矩形的四周，设有四个螺丝固定孔5。

在模具底板1的上表面，沿其矩形的四周，等间隔设置有四个限位块2，每两个限位块2之间的间隙形成为溢料口4；再在限位块2的上方，抵接设置有与模具底板1结构相同的模具盖板3，在模具盖板3上、与模具底板1相对应的部分，设有四个螺丝固定孔5，通过螺丝将模具底板1、限位块2和模具盖板3可拆卸的相连。

实施例

实施例1

一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，采用以下技术方案：

首先将一张PP薄膜铺入模具内并将一张玻璃纤维布裁剪成合适的尺寸铺设于模具底板的表面。

将60份BTDA加入35份DMF中，搅拌加热升温到55℃，加入5份C₃H₈O，反应1.5h，加入4.5份C₃H₈O₃，继续搅拌加热升温到90℃，反应3h，直至溶液澄清透明，得到第一溶液；加入0.5份三亚乙基二胺、0.5份N,N'-二乙基哌嗪、2.3份异辛酸钾、25份水、20份L668搅拌均匀，得到第二溶液；将第一第二溶液室温混合后加入90份异氰酸酯，得聚酰亚胺泡沫发泡原料并注射进模具内；

将第二层所需进行复合的第二张玻璃纤维布固定在模具上层后，固定好模具盖板；

待静置发泡20min后，开模取出复合好的泡沫板修整分切成所需形状大小；

最后将泡沫板放入洁净的金属盘内即可垒叠置入温度210℃烘箱中，热固化2.5h，待固化结束后即得到图1所示聚酰亚胺泡沫复合材料。

实施例2

将65份PMDA加入30份DMF中，搅拌加热升温到70℃，加入4份C₂H₅OH，反应1.h，加入5份（CH₂OH）2，继续搅拌加热升温到85℃，反应3h，直至溶液澄清透明，得到第一溶液；加入0.7份三亚乙基二胺、0.7份N,N'-二乙基哌嗪、2.1份异辛酸钾、27份水、22份L580搅拌均匀，得到第二溶液；将第一第二溶液室温混合后加入75份异氰酸酯，得聚酰亚胺泡沫发泡原料并注射进模具内；

将模具高度限位块加高一层后铺设PP薄膜并将泡沫板的碳纤布面朝上安置于模具底部；

注射聚酰亚胺发泡原料后上层覆盖PP薄膜后盖上模具盖板等待发泡；

静置20分钟后脱模得泡沫板，将泡沫板放入洁净的金属盘内即可垒叠置入温度210℃烘箱中，热固化2.5h固化处理，待固化结束后即得到聚酰亚胺泡沫复合材料。

需要说明的是：

本申请中采用的原料组分为一次性配置，使用时按需求进行添加，故本申请配置的聚酰亚胺发泡原料为多次注射进行使用。

在本发明中，所述芳香族二酐的加入量优选为20~65重量份，更优选为30~55重量份，更优选为40~45重量份。所述芳香族二酐优选包括ODPA、BPDA、BTDA、PMDA、BPADA和DSDA中的一种或多种，更优选为ODPA、BPDA、BTDA、PMDA、BPADA或DSDA。

在本发明中，所述异氰酸酯的加入量优选为60~105重量份，更优选为80~100重量份，更优选为80~90重量份。所述异氰酸酯优选包括PB-1080、PM-2010、PM-2408、PM-200、PM-400、PM-700、NE-466、WB-07430、8019、8122、8214、PM-8223中的一种或多种，更优选为PB-1080、PM-2010、PM-2408、PM-200、PM-400、PM-700、NE-466、WB-07430、8019、8122、8214或PM-8223。

在本发明中，所述溶剂的加入量优选为10~40重量份，更优选为15~35重量份，更优选为20~30重量份。所述溶剂优选包括DMF、DMAC、NMP和DMSO中的一种或多种，更优选为DMF、DMAC、NMP或DMSO。

在本发明中，所述低分子醇的加入量优选为0.1~10重量份，更优选为1~8重量份，更优选为3~6重量份。所述低分子醇优选包括CH₃OH、C₂H₅OH、C₃H₈O、(CH₂OH)₂和C₃H₈O₃中的一种或多种，更优选为CH₃OH、C₂H₅OH、C₃H₈O、(CH₂OH)₂或C₃H₈O₃。

在本发明中，所述发泡剂的加入量优选为25~80重量份，更优选为35~70重量份，更优选为45~60重量份。所述发泡剂优选包括偶氮二甲酸钡、偶氮二甲酰胺、硼酸、α-烯烃磺酸钠、水、2-丁氧基乙醇和碳酸氢钠中的一种或多种，更优选为偶氮二甲酸钡、偶氮二甲酰胺、硼酸、α-烯烃磺酸钠、水、2-丁氧基乙醇或碳酸氢钠。

在本发明中，所述稳泡剂的加入量优选为2~20重量份，更优选为6~16重量份，更优选为10~12重量份。所述稳泡剂优选包括DC193、FS-O、FS-N、FS-B、FS-C、L550、L540、L580、L668、L5333、OFX-0193、OFX-8417和OFX-8468中的一种或多种，更优选为DC193、FS-O、FS-N、FS-B、FS-C、L550、L540、L580、L668、L5333、OFX-0193、OFX-8417或OFX-8468。

在本发明中，所述催化剂的加入量优选为0.1~9重量份，更优选为1~6重量份，更优选为2~3重量份。所述催化剂优选包括三亚乙基二胺、N-甲基吗啉、N,N'-二乙基哌嗪、N,N’-二乙基-2-甲基哌嗪、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、硫醇二丁基锡、异辛酸钾和N-2-羟基丙基二甲基吗啉中的一种或多种，更优选为三亚乙基二胺、N-甲基吗啉、N,N'-二乙基哌嗪、N,N’-二乙基-2-甲基哌嗪、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、硫醇二丁基锡、异辛酸钾或N-2-羟基丙基二甲基吗啉。

在本发明中，所述混合的温度优选为20~110℃，更优选为40~90℃，更优选为60~70℃。

在本发明中，所述混合的转速优选为200~5500 r/min，更优选为1000~4500 r/min，更优选为2000~3500 r/min。

在本发明中，所述混合的时间优选为0.1~12h，更优选为1~9h，更优选为4~6h。

本发明最后将上述步骤得到的第一溶液和第二溶液及异氰酸酯共同搅拌混合后即得到发泡浆料。

在本发明中，所述静置具体优选为泡沫起发后静置。

在本发明中，所述静置的时间优选为20~30min，更优选为22~28min，更优选为24~26min。

在本发明中，所述加热固化的温度优选为180~230℃，更优选为190~220℃，更优选为200~210℃。

在本发明中，所述加热固化的时间优选为2~3h，更优选为2.2~2.8h，更优选为2.4~2.6h。

进一步的，本申请采用的复合材料包括但不限于耐高温的纤维布类材料及其碎末、金属网格等可耐高温的具有宏观网格状结构或间隙的耐高温非致密材料。

对比例

对比例1

与实施例1相比，对比例1采用传统聚酰亚胺泡沫材料发泡及后续复合工艺，具体为：

（1）将BTDA加入DMF中，搅拌加热升温后加入C₃H₈O，搅拌混后加入C₃H₈O₃，继续搅拌加热升温反应直至溶液澄清透明，得到第一溶液；

（2）将三亚乙基二胺、N,N'-二乙基哌嗪、异辛酸钾、水、L668搅拌均匀，得到第二溶液；

（3）将第一第二溶液室温混合后加入异氰酸酯，搅拌均匀后注入传统立方模具内静置发泡并进行微波、烘箱等固化操作得到聚酰亚胺泡沫；

（4）分切去除外皮等无法使用的部分得到复合用泡沫；

（5）于泡沫上涂胶并粘贴相应的材料进行复合得到聚酰亚胺泡沫复合材料。

性能检测试验

将实施例1～2制备的聚酰亚胺泡沫复合材料和对比例1制备的聚酰亚胺泡沫复合材料进行检测，检测方法包括：

（1）密度测试；

（2）700℃20min隔热测试：将聚酰亚胺泡沫复合材料制成薄片，于700℃加热平台上加热20min测得另一表面温度。

（3）30min抗火焰穿透测试：将聚酰亚胺泡沫复合材料制成薄片，800℃火焰喷枪定点烧灼30min，是否穿透。

（4）泡沫利用率计算；检测结果如下表1所示：

表1性能检测表

结合实施例1～2和对比例1数据可以发现，本申请优化了聚酰亚胺泡沫材料的制备工艺，采用待复合材料与原料共同发泡制备的技术方案，从而使制备的聚酰亚胺泡沫复合材料的结构更加稳定，同时该方案成型的材料有效避免了传统发泡工艺出现的圆顶结构，从而提升了聚酰亚胺泡沫复合材料制备过程中原料的利用率。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种模具，其特征在于，包括：

模具底板(1)，所述模具形成为板型件；

多个限位块(2)，多个所述限位块(2)沿所述模具底板(1)的周向方向设置于所述模具底板(1)的一侧；

模具盖板(3)，所述模具盖板(3)设于所述多个限位块(2)原理模具底板(1)的一侧且与多个所述限位块(2)抵接设置。

2.根据权利要求1所述的一种模具，其特征在于，多个所述限位块(2)等间距设置，每个相邻所述限位块(2)之间的间隙形成为溢料口(4)。

3.根据权利要求1所述的一种模具，其特征在于，所述模具盖板(3)和/或所述模具底板(1)设有沿其厚度方向贯通的螺丝固定孔(5)。

4.一种采用权利要求1～3任一项所述的模具制备聚酰亚胺泡沫复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的发泡材料原料，按重量份数计包括：

芳香族二酐 20～65份；

异氰酸酯 50～105份；

溶剂 10～40份；

低分子醇 0.1～10份；

发泡剂 25～80份；

稳泡剂 2～20份；

催化剂 0.1～9份。

6.根据权利要求5所述的一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，其特征在于，所述发泡原料采用以下方案混合制备而成：

将发泡剂、稳泡剂和催化剂第二次混合后，得到第二溶液；

7.根据权利要求6所述的一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一次混合、第二次混合和第三次混合的方式包括加热搅拌和/或机械搅拌；所述混合制备的温度为20～110℃，所述混合制备的转速为200～5500 r/min，所述混合制备的时间为0.1～12h。

8.根据权利要求4所述的一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S5所述固化处理为加热固化，所述加热固化的温度为180～230℃，加热固化的时间为2～3h。

9.根据权利要求4所述的一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，其特征在于，所述脱模材料包括PET薄膜、PI薄膜、PP薄膜、PE薄膜或牛皮纸中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的一种聚酰亚胺泡沫复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料包括耐高温的具有网格状结构或间隙的耐高温非致密材料。