[发明专利]含有蜂窝芯材空间结构的阻燃聚酰亚胺泡沫材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种阻燃性能优良的聚酰亚胺泡沫材料及制备方法。

背景技术

聚酰亚胺由于具有特殊的芳环及芳杂环树脂分子结构，因此其泡沫材料在拥有聚合物泡沫材料所共有的轻质、保温隔热等性能的同时还具有阻燃、耐高低温、耐辐照以及耐候性等优异的理化性能，因此聚酰亚胺泡沫可以用作航空航天、舰船等尖端技术领域的保温隔热、减震降噪材料。

目前应用于上述尖端技术领域的聚酰亚胺泡沫主要通过粉末法发泡技术制备而成，粉末法制备技术对原材料纯度以及反应条件要求极高，且生产流程线路长、生产工艺复杂，因此导致聚酰亚胺泡沫产品价格比聚氨酯、聚苯乙烯等传统泡沫材料高出数十倍，且产品尺寸受限与工艺设备，直接限制了其在普通民用领域的广泛应用。为简化聚酰亚胺泡沫材料制备工艺、打破工艺设备对产品尺寸的限制，自上世纪60年代开始相继在US3300420、US 4263410、US4824874、US4980102、US5919833、US6172127、US6596066、US7541388等专利文件中公开了聚酰亚胺泡沫材料的一步法自由发泡制备技术，然而由这些方法所制备的低密度聚酰亚胺泡沫中由于大量脲基的存在，直接导致了材料阻燃性的下降。

为提高由一步法自由发泡技术所制备的低密度聚酰亚胺泡沫材料阻燃性US7541388、CN103897395等专利文件中相继报道了通过添加阻燃剂提高泡沫材料阻燃性的方法，然而阻燃剂的引入会在一定程度上引起泡沫材料泡孔结构的改变，从而影响泡沫材料的保温隔热等性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全性高的含有蜂窝芯材空间结构的阻燃聚酰亚胺泡沫材料。本发明的目的还在于提供一种含有蜂窝芯材空间结构的阻燃聚酰亚胺泡沫材料的制备方法。

本发明的含有蜂窝芯材空间结构的阻燃聚酰亚胺泡沫材料是由重量比为多元芳香酐50-100份、极性溶剂100-200份、脂肪醇5-10份、泡沫稳定剂10-20份、表面活性剂10-20份、催化剂5-10份、去离子水10-20份、多异氰酸酯300-600份与蜂窝芯材，按照如下步骤制备所得到的：

(1)多元芳香酐在极性溶剂中加热溶解后与脂肪醇反应，得到芳香酐衍生物羧酸酯溶液，具体包括：

向容器中依次加入极性溶剂和多元芳香酐，充分搅拌并加热，待温度达到40-60℃时向其中加入脂肪醇进行酯化反应，反应2-3小时后形成澄清透明的羧酸酯溶液；

(2)羧酸酯溶液与泡沫稳定剂复配合成发泡白料，具体为：

室温条件下向羧酸酯溶液中依次加入催化剂、泡沫稳定剂、表面活性剂和去离子水，搅拌混合均匀得到澄清透明的发泡白料；

(3)按照模具内腔尺寸裁切同等尺寸的蜂窝芯材；

(4)室温常压条件下将多异氰酸酯添加到所述发泡白料中快速搅拌均匀，形成发泡料浆，将发泡料浆迅速倒入模具中使其在模具底部均匀铺展，然后快速将蜂窝芯材插入模具中，随后发泡料浆在蜂窝芯材中自由发泡将蜂窝填充完全，得到含有蜂窝结构的泡沫中间体；

(5)将含有蜂窝结构的泡沫中间体固化制得蜂窝芯材与聚酰亚胺泡沫复合材料。

所述蜂窝芯材的蜂窝格子形状为四边形、五角形、六角形、圆形或不规则多边形，蜂窝芯材密度为16-320千克每立方米，蜂窝格子尺寸为3.2-19.2毫米。

所述蜂窝为芳纶纸蜂窝、铝蜂窝、不锈钢蜂窝或玻璃钢蜂窝。

所述蜂窝格子与水平方向夹角在0-90°之间。

所述蜂窝芯材与发泡料浆体积配比在10:1-20:1之间。

本发明的含有蜂窝芯材空间结构的阻燃聚酰亚胺泡沫材料的制备方法为：原料包括重量比为多元芳香酐50-100份、极性溶剂100-200份、脂肪醇5-10份、泡沫稳定剂10-20份、表面活性剂10-20份、催化剂5-10份、去离子水10-20份、多异氰酸酯300-600份与蜂窝芯材，制备步骤包括：

(1)多元芳香酐在极性溶剂中加热溶解后与脂肪醇反应，得到芳香酐衍生物羧酸酯溶液，具体包括：

向容器中依次加入极性溶剂和多元芳香酐，充分搅拌并加热，待温度达到40-60℃时向其中加入脂肪醇进行酯化反应，反应2-3小时后形成澄清透明的羧酸酯溶液；

(2)羧酸酯溶液与泡沫稳定剂复配合成发泡白料，具体为：

室温条件下向羧酸酯溶液中依次加入催化剂、泡沫稳定剂、表面活性剂和去离子水，搅拌混合均匀得到澄清透明的发泡白料；

(3)按照模具内腔尺寸裁切同等尺寸的蜂窝芯材；