[发明专利]石墨烯增强PMI泡沫-金字塔夹层板复合结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯增强PMI泡沫‑金字塔夹层板复合结构及其制备方法，包括面板和金字塔点阵芯体，金字塔点阵芯体设置在两个面板之间构成金字塔点阵夹层板，在金字塔点阵芯体的孔隙中间隔性填充有石墨烯增强PMI泡沫，石墨烯增强PMI泡沫内添加有增强相石墨烯。本发明制造工艺成本较低，易于规模化生产，在安全防护、交通运输、机械制造、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于超轻多孔金属材料技术领域，具体涉及一种石墨烯增强PMI泡沫-金字塔夹层板复合结构及其制备方法。

背景技术

超轻多孔金属材料是近些年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新型多功能材料，具有结构功能一体化的特征。其芯体具有高孔隙率，其微结构按规则程度可分为无序和有序两大类，前者包括闭孔泡沫铝材料，而后者包括二维点阵材料(如波纹结构)与三维桁架结构(如金字塔结构、四面体结构)。

石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，拥有很多优异的特殊性质，诸如高强度、高载流子迁移率、高热导率、室温量子霍尔效应和室温铁磁性等。从原子结构上看，石墨烯是由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的，基本结构单元是有机材料中最稳定的苯六元环。聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫材料是目前强度和刚度最高的耐热泡沫塑料，结构为100％闭孔，具有优异的抗蠕变性能和防火性能，无毒，低烟。值得注意的是，随着泡沫密度的减小，PMI泡沫的强度和刚度会明显降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种石墨烯增强PMI泡沫-金字塔夹层板复合结构及其制备方法，将石墨烯增强PMI泡沫在金字塔点阵夹层板中原位发泡形成，从而改善整体力学性能，获得多功能的石墨烯增强PMI泡沫-金字塔点阵夹层板。

本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯增强PMI泡沫-金字塔夹层板复合结构，包括面板和金字塔点阵芯体，金字塔点阵芯体设置在两个面板之间构成金字塔点阵夹层板，在金字塔点阵芯体的孔隙中间隔性填充有石墨烯增强PMI泡沫，石墨烯增强PMI泡沫内添加有增强相石墨烯。

具体的，金字塔点阵芯体的相对密度为0.01～0.15，石墨烯增强PMI泡沫的密度为30～100kg/m³。

一种石墨烯增强PMI泡沫-金字塔夹层板复合结构的制备方法，其特征在于，首先制备金字塔点阵芯体，将金字塔点阵芯体与面板焊接制成金字塔点阵夹层板；然后以石墨烯为增强材料，以甲基丙烯腈与甲基丙烯酸作为共聚单体，加入引发剂、交联剂、发泡剂、成核剂制备出可发泡聚合体；然后将可发泡聚合体填充入金字塔点阵夹层板的孔隙，在烘箱中自由发泡、热处理，制备得到完全充满于金字塔点阵夹层板孔隙的石墨烯增强PMI泡沫后，自然冷却至室温得到石墨烯增强PMI泡沫-金字塔点阵夹层板复合结构。

具体的，将冲孔菱形网或平整过的拉伸网采用模压或折叠技术形成金字塔点阵芯体，然后将面板和金字塔点阵芯体采用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将面板与金字塔点阵芯体连接制成金字塔点阵夹层板，冲孔菱形网或平整过的拉伸网以及面板的材质为不锈钢、钛合金或铝合金。

具体的，按重量份数比将40～60的甲基丙烯腈、40～60的甲基丙烯酸、0.1～0.3的引发剂、0.5～0.8的交联剂、2.0～3.0的发泡剂和0.5～2.0的成核剂进行混合，在15～25℃的水浴温度下，通过1000～3000r/min搅拌机转速混合1～3h将反应液搅拌均匀。

进一步的，将重量份数比为2～20的石墨烯加入反应液中，将反应液放置于超声分散仪中在5～50kHz频率下，超声分散20～50min，将石墨烯均匀分散在反应液中。

进一步的，将反应液灌注入内径为8～15mm的线状结构玻璃模具内，随后放入水浴锅中，采用35～65℃水浴温度，聚合时间48～72h，获得可发泡聚合体。