[发明专利]耐高温聚醚酰亚胺基复合泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种耐高温聚醚酰亚胺基复合泡沫材料及其制备方法，其特点是：采用含活性端基的聚硅氧烷插层修饰氧化石墨烯，并均匀分散于聚醚酰亚胺合成单体中，同时加入具有纳米尺寸的耐高温多面体低聚倍半硅氧烷(简称POSS)，通过原位聚合方法制备聚醚酰亚胺/石墨烯/POSS纳米复合材料；进一步采用相分离方法制备微孔发泡纳米复合材料，以提高聚醚酰亚胺泡沫耐高温性及热力学稳定性。

技术领域

本发明涉及一种耐高温聚醚酰亚胺基复合泡沫材料及其制备方法，属于聚合物合成及加工领域。

背景技术

聚醚酰亚胺是在聚酰亚胺分子主链上引入醚键得到的一类非结晶型热塑性聚合物，其分子结构中既含芳香胺官能团，又含有醚结构，因此，它不仅具有耐高温、高强度、高模量和耐腐蚀等性能，而且具有良好的加工性能，可以用注射等方法成型，因此，聚醚酰亚胺是高性能热塑性泡沫塑料的首选材料之一，其泡沫材料力学性能优良、质轻，具有非常高的比强度、比模量，耐疲劳性优异，并能满足严格的阻燃要求，无烟、无毒，从而可用于承载结构、防火容器壁、保护燃料罐和热敏感的原件。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化连接形成的具有六方晶格结构的单原子层二维晶体，碳原子规整地排列于蜂窝状点阵结构单元之中。其特殊的原子结构使其具有很多独特的性能：抗张强度达到130GPa，为钢材的几十倍，是已知材料中强度和硬度最高的材料；具有极大的比表面积，单层石墨烯的比表面积高达2.6×10³m²g^-1；是室温下导电性、导热性最好的材料；还具有优异的耐磨自润滑性、阻燃性及对聚合物独特的稳定作用。Jianqiang Ling等人，ACS Appl.Mater.Interfaces,2013,5:2677-2684，通过相分离过程制备了聚醚酰亚胺/石墨烯纳米复合微孔泡沫，其导电渗流阈值达到0.18vol％，其电磁屏蔽效率、模量大幅提升，导热系数降低。Abbasi H等人，Express Polymer Letters,2015,9(5):412-423，通过相分离方法制备了聚醚酰亚胺/石墨烯复合泡沫材料，其热稳定性得到提升。

在以上制备方法中，直接将石墨烯掺入基体不利于石墨烯在聚醚酰亚胺基体中形成较强的界面作用及良好分散。结构完整的石墨烯由苯环组成，化学稳定性高，表面呈惰性，与其它介质作用弱；且石墨烯片层间存在较强范德华力，易团聚，极大限制其研究应用；如何采用高效简便、易于实施应用的方法实现石墨烯在聚醚酰亚胺基体中的良好分散，是制备高性能聚醚酰亚胺/石墨烯纳米复合泡沫材料的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种耐高温聚醚酰亚胺基复合泡沫材料及其制备方法，其特点是采用含活性端基的聚硅氧烷插层修饰氧化石墨烯，并均匀分散于聚醚酰亚胺合成单体中，同时加入具有纳米尺寸的耐高温多面体低聚倍半硅氧烷(简称POSS)，通过原位聚合制备聚醚酰亚胺/石墨烯/POSS纳米复合材料；进一步采用相分离方法制备微孔发泡纳米复合材料，以提高聚醚酰亚胺泡沫耐高温性及热力学稳定性。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。

耐高温聚醚酰亚胺基复合泡沫材料起始原料配方组分为：

其中，芳香族二胺为4,4’－二氨基二苯醚、间苯二胺、对苯二胺、二氨基二苯甲烷中的任一种；

聚硅氧烷为端羟基聚二甲基硅氧烷、二端羟丁基聚二甲基硅氧烷、端羟基亚苯醚基聚二甲基硅氧烷、端氨丙基聚二甲基硅氧烷、氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷中的任一种；

POSS为胺丙基笼型聚倍半硅氧烷、三羟基笼型聚倍半硅氧烷、八苯胺基笼型聚倍半硅氧烷中的任一种，其分子量为500～10000g/mol。

耐高温聚醚酰亚胺基复合材料制备：