CN116945534A - 一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,包括利用芳香族二酐和二胺,制备可发泡前驱体粉末;采用两台单螺杆挤出机进行双层挤出并发泡成型,其中,一台挤出机将可发泡前驱体粉末挤出发泡成型,另一台挤出机挤出纤维增强热塑性树脂,两者在共挤模头处完成复合,经定型模具定型,得表面包覆纤维增强树脂层的聚酰亚胺发泡复合材料;切割,收集等长的聚酰亚胺发泡条或发泡颗粒,填充至模具再进行热压,得到聚酰亚胺泡沫复合材料。本发明大幅提高了聚酰亚胺泡沫制备的可操性,简化后续成型工艺。本发明还提供一种上述制备方法得到耐高温聚酰亚胺泡沫材料,能同时提供高的压缩强度、高模量及低密度,易于规模化生产。

Description

一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺泡沫及其制备方法,属于高分子材料技术领域。
背景技术
硬质聚合物泡沫材料是一类广泛使用的材料,现有的获得广泛使用的聚合物泡沫材料主要有PVC、PET等,其已经在风电叶片、航空夹芯材料领域获得应用,侧链型聚酰亚胺PMI泡沫也已经在武器装备、医疗、运动等行业获得应用推广,然而随着装备的进一步升级换代,对材料耐温要求越来越高,部分装备要求材料的能够耐200℃以上,传统的几类硬质泡沫材料也面临难以达到更高使用的要求的情况。
主链型聚酰亚胺泡沫材料是耐温性能较好的材料,其耐温可达到200℃及以上,部分种类耐温可达到250℃以上。常见制备硬质聚酰亚胺泡沫材料的方法有多种,常见的方法是利用芳香二酐及芳香二胺为主要原料制备泡沫材料。然而,目前该体系制备的主链型聚酰亚胺泡沫材料的压缩强度较相同密度的PMI泡沫材料低,这使得在要求相同压缩强度时,主链型聚酰亚胺的密度较PMI泡沫的密度高80%-100%,因此限制了这类材料在航空航天等对减重要求比较高的领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷,提供一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法,解决了传统主链型聚酰亚胺泡沫材料无法兼顾高压缩强度和低密度的技术问题,本发明泡沫材料能同时提供高的压缩强度、高模量及低密度。
为实现上述发明目的,本发明提供如下技术方案:
本发明公开了一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,包括利用芳香族二酐和二胺,制备可发泡前驱体粉末;采用两台单螺杆挤出机进行双层挤出并发泡成型,其中,一台挤出机将可发泡前驱体粉末挤出发泡成型,另一台挤出机挤出纤维增强热塑性树脂,两者在共挤模头处完成复合,经定型模具定型,得表面包覆纤维增强树脂层的聚酰亚胺发泡复合材料;切割,收集等长的聚酰亚胺发泡条或发泡颗粒,填充至模具中,加热芯部及外部温度一致,再进行热压,得到高性能聚酰亚胺泡沫复合材料。
本发明一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,具体包括如下步骤:
(1)利用芳香族二酐和二胺,制备可发泡前驱体粉末;
(2)利用可发泡前驱体粉末,采用双层共挤和挤出发泡的方法,制备表面包覆纤维增强树脂层的聚酰亚胺发泡条;
所述双层共挤和挤出发泡的方法为:
使用一台单螺杆挤出设备,对可发泡前驱体粉末或包含可发泡前驱体粉末的粉末混合物进行挤出发泡成型,得到发泡条型材,同时,采用另一台单螺杆挤出设备挤出纤维增强热塑性树脂,使发泡条型材和纤维增强热塑性树脂在共挤模头处复合,经定型模具定型后,得表面包覆纤维增强树脂层的聚酰亚胺发泡条。
(3)将步骤(2)所得发泡条切割后填充入热压成型模具,进行热压成型固化,得到耐高温聚酰亚胺泡沫材料。
进一步的,步骤(1)的方法包括:
(1.1)在极性溶剂中加入芳香族二酐,然后加入封端剂和脂肪醇,完全反应后,加入二胺,在50~70℃温度下反应0.5~3h得到溶液A;脂肪醇的物质的量为芳香族二酐的物质的量的2~6倍;芳香族二酐和封端剂中的酸酐基团与二胺中胺基的物质的量比为1:1.1~1;
(1.2)将溶液A中的溶剂除去,并对所固体进行粉碎处理,得到可发泡前驱体粉末。
进一步的,步骤(1)中所述芳香族二酐包括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型二苯醚二酐或2,3,3',4'-联苯四酸二酐中的一种或几种的组合;
所述二胺包括1,4-对苯二胺、1,3-间苯二胺、4,4-'二胺基二苯醚、3,4'-二胺基二苯醚、4,4'-双(3-氨基苯氧基)苯甲酮、4,4'-双(3-氨基苯氧基)二苯基砜、1,3-双(4'-氨基苯氧基)苯或2,2'-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷中的一种或几种的组合。
进一步的,步骤(1)中所述极性溶剂为四氢呋喃、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或几种的组合;
所述脂肪醇包括甲醇或乙醇;
所述封端剂为5-降冰片烯-2,3-二酸酐或5-降冰片烯-2,3-二酸酐与4-苯乙炔苯酐的混合物。
进一步的,步骤(2)中,所述粉末混合物为步骤(1)所制备的制备可发泡前驱体粉末与热塑性聚酰亚胺粉末的混合物,可发泡前驱体粉末与热塑性聚酰亚胺粉末的质量比为50:50~99:1。
进一步的,步骤(2)中,所述纤维增强热塑性树脂为可熔融树脂与增强纤维的复合物;
所述可熔融树脂包括聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK或热塑性聚酰亚胺树脂TPI中的一种或几种的组合;
所述增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维或石英纤维中的一种或几种的组合。
进一步的,步骤(2)中,挤出发泡成型的温度为260~340℃;纤维增强热塑性树脂挤出温度为270~420℃。
进一步的,步骤(2)中使发泡条型材和纤维增强热塑性树脂在共挤模头处复合时,挤出速度为0.1~5m/min;聚酰亚胺发泡条表面的纤维增强树脂层的厚度为0.01~0.5mm;聚酰亚胺发泡条的直径为0.1~5mm。
进一步的,步骤(3)中,将表面包覆纤维增强树脂层的发泡条切割成颗粒状或长条状,填充入热压成型模具,进行热压成型固化;
热压成型固化的温度为280℃~420℃。
一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料,采用上述一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法得到,所述耐高温聚酰亚胺泡沫材料的密度≥100kg·m-3,压缩强度大于2MPa。
本发明的方法使用多层共挤技术出发泡成型的方式进行加工,大幅提高了聚酰亚胺泡沫制备的可操性,简化后续成型工艺。所制备的聚酰亚胺泡沫材料抗压强度高,易于规模化生产,能同时提供高的压缩强度、高模量及低密度。
本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果:
(1)本发明创造性的提出一种发泡条表面覆盖纤维增强粘性/可熔融树脂的复合材料,发泡条表层密度大于等于1200kg/m3、芯层密度50~600kg/m3,具备表面层致密,芯部低密度的特征,能同时提供高的压缩强度、高模量及低密度。
(2)本发明利用切割的发泡条或发泡条颗粒,可以实现不同类型发泡材料的制备。使用颗粒热压,可实现异型件的一步成型,如管状,锥状,方框状复合泡沫成型;利用长条状发泡条热压,可实现沿发泡条牵伸方向高强度泡沫的制备。
(3)本发明所采用的方法,在挤出发泡时,可得到未完全发泡及未完全交联固化的树脂颗粒,在包覆纤维增强热塑性树脂后热压,可进一步发泡及实现树脂颗粒/纤维条的发泡及完全交联固化。
(4)本发明采用双层共挤及挤出发泡的形式,挤出发泡的方式同时实现发泡材料的挤出及表面纤维增强树脂层的包覆,工艺简单,有利于实现连续、自动化生产。
(5)本发明提供了挤出发泡成型温度为260~340℃,纤维增强树脂挤出温度为270~420℃;挤出速度为0.1~5m/min,以使发泡条表面涂敷一层纤维增强树脂,表面涂覆树脂的厚度0.01~0.5mm,发泡条的直径优选为0.1~5mm,能够保证树脂层包覆的均匀性,最大限度的提升材料的力学系能。
(6)本发明通过在发泡条表面覆盖粘性/可熔融树脂纤维复合材料后热压制备聚酰亚胺泡沫,所制备的泡沫材料具有突出的力学性能,较目前常规制备方法制备出的相同密度的泡沫材料比传统的主链型聚酰亚胺泡沫材料压缩强度提高50%以上,接近目前市场上PMI泡沫材料的抗压强度,提高该类泡沫的高压缩强度下适应能力。
(7)本发明泡沫材料的使用温度可高于200℃,拓宽了泡沫材料的应用温度范围,能够满足相应装备对夹芯泡沫材料的使用温度的要求,能够替代PMI等泡沫材料应用于高温场景中。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明,本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
本发明提供一种耐高温聚酰亚胺泡沫的制备方法,使用了类双层挤出发泡的形式,先采用挤出机头制备出发泡条型材,采用另一台挤出机挤出纤维增强热塑性树脂,两者在共挤模头处完成复合挤出,经定型模具定型,得表面包覆纤维增强树脂层的聚酰亚胺发泡复合材料;通过热压成型加工,获得具有高压缩强度的泡沫复合材料,从而完成本发明。
在一种具体实施方式中,耐高温聚酰亚胺泡沫的制备方法包括以下步骤:
步骤(1),制备能够发泡RTM工艺树脂粉末。将芳香族二酐加入到极性溶剂中,然后加入2~6倍芳香二酐摩尔量的小分子脂肪醇、封端剂及溶剂,反应完全,然后加入计量的二胺,反应0.5~3h后,得到溶液A,对得到的溶液A进行干燥处理除去溶液中的溶剂,然后粉碎得到可发泡前驱体粉末;
步骤(2),挤出发泡。使用单螺杆挤出设备,对所制备的粉末或粉末混合物进行挤出发泡定型,同时,采用另一台挤出机挤出纤维增强热塑性树脂,两者在共挤模头处复合,经定型模具定型,得表面包覆纤维增强树脂层的聚酰亚胺发泡条。
步骤(3),将步骤(2)挤出的发泡条进行切割,然后填充入模具,进行热压成型固化,得到复合聚酰亚胺泡沫材料。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤(1)中,所述芳香族二酐包括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型二苯醚二酐或2,3,3',4'--联苯四酸二酐中的一种或几种的组合;所述二胺包括1,4-对苯二胺、1,3-间苯二胺、4,4-’二胺基二苯醚、3,4’-二胺基二苯醚、4,4'-双(3-氨基苯氧基)苯甲酮、4,4’-双(3-氨基苯氧基)二苯基砜、1,3-双(4'-氨基苯氧基)苯、2,2’-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷等中的一种或几种的组合。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤(1)中所述溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的组合;所述脂肪醇包括甲醇或乙醇。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤(1)中所述封端剂为5-降冰片烯-2,3-二酸酐或其与4-苯乙炔苯酐组成的混合物。
在本发明一种优选的实施方式中,所述的步骤(1)中,脂肪醇与芳香族二酐的物质的量比为6:1~2:1,酸酐基团与胺基的物质的量比为1:1.1~1;加入计量的二胺的反应温度为50~70℃。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤(2)中,粉末混合物是步骤(1)中的粉末与热塑性聚酰亚胺粉末的混合物,两种粉末的质量比为50:50~99:1。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤(2)中,增强树脂是可熔融树脂材料与增强纤维的复合物;所述可熔融树脂包括但不限于聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、热塑性聚酰亚胺树脂(TPI),所述增强纤维包括不限于碳纤维、玻璃纤维、石英纤维等纤维中的一种或多种。
在本发明一种优选的实施方式中,本发明增强树脂是在挤出发泡成型后,在共挤模头处挤入,在发泡条表面形成纤维增强树脂层,以使发泡条表面涂敷一层纤维增强树脂,发泡条的直径可根据发泡模具成型腔的直径调整。
在本发明一种优选的实施方式中,所述的步骤(2)中,挤出发泡成型温度为260~340℃;纤维增强树脂挤出温度为270~420℃;共挤过程是发泡条和纤维增强树脂经过共挤模头进行复合挤出,挤出速度为0.1~5m/min,以使发泡条表面涂敷一层纤维增强树脂,表面涂覆树脂的厚度0.01~0.5mm,发泡条的直径可根据模具成型腔的直径调整,优选为0.1~5mm。
本发明步骤(3)将步骤(2)挤出的发泡条进行切割,可切割成粒状或长条状,然后填充入模具,进行热压成型固化,得到复合聚酰亚胺泡沫材料所述热压复合温度为280℃-420℃。本发明利用切割的发泡条或发泡条颗粒,可以实现不同类型发泡材料的制备。使用颗粒热压,可实现异型件的一步成型,如管状,锥状,方框状复合泡沫成型;利用长条状发泡条热压,可实现沿发泡条牵伸方向高强度泡沫的制备。
上述方法制备的泡沫材料密度≥100kg·m-3,压缩强度大于2MPa。
实施例:
(1)基于2,3,3',4'-联苯四酸二酐的可发泡树脂
RTM1:在装有搅拌器及冷凝器的三口烧瓶中,加入四氢呋喃1400g,乙醇570g,然后加入2,3,3',4'-联苯四酸二酐728g,5-降冰片烯-2,3-二酸酐375g,升温至65℃持续反应3h,之后加入1,3-间苯二胺410g,混合2h后脱除溶剂,然后,置于240℃环境中干燥,然后利用高速粉碎机进行粉碎,待用。
RTM2:在装有搅拌器及冷凝器的三口烧瓶中,加入四氢呋喃1000g,甲醇340g,然后加入2,3,3',4'-联苯四酸二酐880g,5-降冰片烯-2,3-二酸酐830g,升温至65℃持续反应3h,之后加入1,3-间苯二胺490g,1,3-双(4'-氨基苯氧基)苯320g,混合2h后脱除溶剂,然后,置于240℃环境中干燥,然后利用高速粉碎机进行粉碎,待用。
(2)线性(热塑性)聚酰亚胺树脂粉末的制备
在装有搅拌器及冷凝器的三口烧瓶中,加入N,N-二甲基乙酰胺6000g,加入1,3-间苯二胺216g,1,3-双(4'-氨基苯氧基)苯146g,完全溶解后降温至0℃,然后加入2,3,3',4'-二苯醚四酸二酐735g,于此温度下反应24h,然后加入化学脱水剂醋酸酐510g和三乙胺510g,室温下脱水8h,然后过滤,以乙醇洗涤三次,置于100℃烘箱中干燥,然后置于240℃环境中干燥4h,从而得到线性聚酰亚胺树脂粉末。
实施例1
取RTM1样品400g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末60g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出发泡,挤出温度260~300℃,同时共挤出PPS/碳纤复合材料,挤出温度280~320℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PPS-SGC301STF),并切割得到直径约3mm的发泡颗粒,包覆层厚度0.20mm。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度320℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度320℃。
将上述发泡颗粒200g,填充入密闭模具,进行热压固化,固化温度340℃,压力5MPa,所得泡沫的密度150kg/m3,压缩强度3.3MPa,200℃压缩强度2.7MPa。
实施例2
取RTM1样品400g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末40g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出发泡,挤出温度260~300℃,同时共挤出PPS/碳纤维复合材料挤出,温度280~320℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PPS-SGC301STF),并切割得到直径约3mm,包覆层厚度0.2mm,长度约10cm的发泡条。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度320℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度320℃。
将上述发泡条排列整齐,取样200g,填充入模具,进行热压固化,固化温度340℃,压力5MPa,再进行切割整型,切割方向垂直于发泡条方向,所得泡沫的密度140kg/m3,压缩强度4.1MPa,200℃压缩强度3.41MPa(压缩方向沿发泡条排列方向相同)。
实施例3
取RTM1样品300g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末300g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出发泡,挤出温度260~300℃,同时共挤出PEEK/碳纤维复合材料,挤出温度360~420℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PEEK-SGC301ATF),并切割得到直径约3mm,包覆层厚度0.30mm的发泡颗粒。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度320℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度420℃。
将上述发泡颗粒250g,填充入模具,进行热压固化,热压温度410℃,压力5MPa,所得泡沫的密度210kg/m3,压缩强度5.1MPa,200℃压缩强度4.4MPa。
实施例4
取RTM2样品300g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末300g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出发泡,挤出温度260~300℃,同时共挤出PEEK/碳纤维复合材料,挤出温度360~420℃。(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PEEK-SGC301ATF),并切割得到直径约3mm,包覆层厚度约0.22mm,长度10cm的发泡条。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度320℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度420℃。
将上述发泡条250g,填充入模具,热压固化,热压温度410℃,压力5MPa,所得泡沫的密度250kg/m3,压缩强度8.3MPa,200℃压缩强度7.1MPa(压缩方向沿发泡条排列方向相同)。
实施例5
取RTM2样品400g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末60g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出发泡,挤出温度260~300℃,同时共挤出PPS/碳纤复合材料,挤出温度280~320℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PPS-SGC301STF),并切割得到直径约3mm,包覆层厚度约0.22mm的发泡颗粒。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度320℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度320℃。
将上述发泡颗粒200g,填充入模具,进行热压固化,固化温度340℃,压力3MPa,所得泡沫的密度150kg/m3,压缩强度3.5MPa,200℃压缩强度2.94MPa。
实施例6
取RTM2样品400g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末60g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出发泡,挤出温度260~300℃,同时共挤出PPS/碳纤维复合材料,挤出温度280~300℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PPS-SGC301STF),并切割得到直径约3mm,包覆层厚度约0.22mm,长度约10cm的发泡条。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度300℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度300℃。
将上述发泡条排列整齐,取样200g,填充入模具,进行热压固化,固化温度340℃,压力3MPa,再进行切割整型,切割方向垂直于发泡条方向,所得泡沫的密度160kg/m3,压缩强度4.3MPa,200℃压缩强度3.6MPa(压缩方向沿发泡条排列方向相同)。
实施例7
取RTM2样品400g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末60g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出发泡,挤出温度260~300℃,同时共挤出PPS/玻纤复合材料,挤出温度280~300℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PPS-SG401A87-01),并切割得到直径约3mm,包覆层厚度约0.21mm,长度约10cm的发泡条。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度300℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度300℃。
将上述发泡条排列整齐,取样200g,填充入模具固化,固化温度340℃,压力3MPa,再进行切割整型,切割方向垂直于发泡条方向,所得泡沫的密度180kg/m3,压缩强度4.7MPa,200℃压缩强度3.9MPa(压缩方向沿发泡条排列方向相同)。
实施例8
取RTM2样品400g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末40g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出,挤出温度260~300℃,同时共挤出PPS/玻纤复合材料,挤出温度280~300℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PPS-SG401A87-01),并切割得到直径约3mm,包覆层厚度约0.27mm,长度约10cm的发泡条。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度320℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度300℃。
将上述发泡条排列整齐,取样200g,填充入模具固化,固化温度340℃热压固化,压力3MPa,再进行切割整型,切割方向垂直于发泡条方向,所得泡沫的密度210kg/m3,压缩强度6.0MPa,200℃压缩强度5.1MPa(压缩方向沿发泡条排列方向相同)。
实施例9
取RTM2样品300g,加入线性聚酰亚胺树脂粉末30g,混合均匀,然后利用小型单螺杆挤出机进行挤出,挤出温度260~320℃,同时共挤出PPS/玻纤复合材料,挤出温度280~300℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PPS-SG401A87-01),并切割得到直径约5mm,包覆层厚度0.38mm,长度约10cm的发泡条。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度320℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度300℃。
将上述发泡条排列整齐,取样200g,填充入模具进一步固化,固化温度340℃,压力3MPa,再进行切割整型,切割方向垂直于发泡条方向,所得泡沫的密度205kg/m3,压缩强度6.9MPa,200℃压缩强度6.0MPa(压缩方向沿发泡条排列方向相同)。
实施例10
取RTM2样品300g,利用小型单螺杆挤出机进行挤出,挤出温度260~320℃,同时共挤出PPS/玻纤复合材料,挤出温度280~300℃(山东赛恩吉新材料有限公司产品,型号:PPS-SG401A87-01),并切割得到直径约5mm,包覆层厚度0.38mm,长度约10cm的发泡条。
其中共挤过程是经过共挤模头进行挤出,其中与发泡挤出机的接口处温度320℃,与包覆增强树脂挤出机接口处温度300℃。
将上述发泡条排列整齐,取样200g,填充入模具进一步固化,固化温度340℃,压力3MPa,再进行切割整型,切割方向垂直于发泡条方向,所得泡沫的密度200kg/m3,室温压缩强度3.8MPa,200℃压缩强度3.23MPa(压缩方向沿发泡条排列方向相同)。
上述实施例所得泡沫材料的密度在140kg/m3~250kg/m3之间,室温压缩强度为3.3MPa~8.3MPa,200℃压缩强度在2.7MPa~7.1MPa,高温压缩强度远优于PMI泡沫,即,本发明所得泡沫的高温力学强度明显优于PMI。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明,不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解,在不偏离本发明精神和范围的情况下,可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进,这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其特征在于,包括:
(1)利用芳香族二酐和二胺,制备可发泡前驱体粉末;
(2)利用可发泡前驱体粉末,采用双层共挤和挤出发泡的方法,制备表面包覆纤维增强树脂层的聚酰亚胺发泡条;
所述双层共挤和挤出发泡的方法为:
使用一台单螺杆挤出设备,对可发泡前驱体粉末或包含可发泡前驱体粉末的粉末混合物进行挤出发泡成型,得到发泡条型材,同时,采用另一台单螺杆挤出设备挤出纤维增强热塑性树脂,使发泡条型材和纤维增强热塑性树脂在共挤模头处复合,经定型模具定型后,得表面包覆纤维增强树脂层的聚酰亚胺发泡条。
(3)将步骤(2)所得发泡条切割后填充入热压成型模具,进行热压成型固化,得到耐高温聚酰亚胺泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其主要特征在于,步骤(1)的方法包括:
(1.1)在极性溶剂中加入芳香族二酐,然后加入封端剂和脂肪醇,完全反应后,加入二胺,在50~70℃温度下反应0.5~3h得到溶液A;脂肪醇的物质的量为芳香族二酐的物质的量的2~6倍;芳香族二酐和封端剂中的酸酐基团与二胺中胺基的物质的量比为1:1.1~1;
(1.2)将溶液A中的溶剂除去,并对所固体进行粉碎处理,得到可发泡前驱体粉末。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述芳香族二酐包括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型二苯醚二酐或2,3,3',4'-联苯四酸二酐中的一种或几种的组合;
所述二胺包括1,4-对苯二胺、1,3-间苯二胺、4,4-'二胺基二苯醚、3,4'-二胺基二苯醚、4,4'-双(3-氨基苯氧基)苯甲酮、4,4'-双(3-氨基苯氧基)二苯基砜、1,3-双(4'-氨基苯氧基)苯或2,2'-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述极性溶剂为四氢呋喃、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或几种的组合;
所述脂肪醇包括甲醇或乙醇;
所述封端剂为5-降冰片烯-2,3-二酸酐或5-降冰片烯-2,3-二酸酐与4-苯乙炔苯酐的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述粉末混合物为步骤(1)所制备的制备可发泡前驱体粉末与热塑性聚酰亚胺粉末的混合物,可发泡前驱体粉末与热塑性聚酰亚胺粉末的质量比为50:50~99:1。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述纤维增强热塑性树脂为可熔融树脂与增强纤维的复合物;
所述可熔融树脂包括聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK或热塑性聚酰亚胺树脂TPI中的一种或几种的组合;
所述增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维或石英纤维中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,挤出发泡成型的温度为260~340℃;纤维增强热塑性树脂挤出温度为270~420℃。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中使发泡条型材和纤维增强热塑性树脂在共挤模头处复合时,挤出速度为0.1~5m/min;聚酰亚胺发泡条表面的纤维增强树脂层的厚度为0.01~0.5mm;聚酰亚胺发泡条的直径为0.1~5mm。
9.根据权利要求1所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,将表面包覆纤维增强树脂层的发泡条切割成颗粒状或长条状,填充入热压成型模具,进行热压成型固化;
热压成型固化的温度为280℃~420℃。
10.一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料,其特征在于,采用权利要求1-9任一项所述的一种耐高温聚酰亚胺泡沫材料的制备方法得到,所述耐高温聚酰亚胺泡沫材料的密度≥100kg·m-3,压缩强度大于2MPa。
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