[发明专利]一种聚酰亚胺泡沫/气凝胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚酰亚胺泡沫/气凝胶复合材料及其制备方法，制备方法包括：将聚酰亚胺泡沫浸于聚酰亚胺前驱体溶液中，取出后甩干，得到浸涂聚酰亚胺前驱体溶液的聚酰亚胺泡沫；向甩干的聚酰亚胺泡沫中真空浇注二氧化硅溶胶溶液，经老化、疏水化处理，得到湿凝胶填充的聚酰亚胺泡沫复合材料；再经溶剂置换、干燥，然后高温处理，得到密度为30～200kg/m³、热导率为0.0175～0.036W/m·K的聚酰亚胺泡沫/二氧化硅气凝胶复合材料。本发明通过膜化前处理后，将气凝胶原位填充到聚酰亚胺泡沫中，解决与聚酰亚胺泡沫膜之间结合力弱、容易从复合泡沫体系中脱落、发生掉粉的问题，在保证开孔材料吸声性能的同时，有效降低复合材料的热导率和密度。

技术领域

本发明属于轻质绝热材料技术领域，特别涉及一种聚酰亚胺泡沫/气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)泡沫塑料由于具有耐高低温-250℃～450℃、轻质、吸声降噪、耐辐射、难燃、低发烟及无害气体释放等优良性能，已成为航空航天、国防、建筑和微电子等先进领域隔热、夹层、隔音、防震和绝缘等关键材料；其中软质开孔聚酰亚胺泡沫如solimide系列泡沫已在国外各类舰船绝热吸声领域得到广泛应用。然而，此类软质开孔泡沫由于开孔率较高同样带来气体分子随机运动和在温差较大情况下气体对流传热增加的问题，此类泡沫热导率较高，通常≥0.036W/m·K，这将限制其在隔热技术领域应用。

气凝胶是一种多孔性的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。氧化硅气凝胶具有高比表面积(400～1500m²/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm³)和低热导率(0.013～0.038W/m·K)等特点，其最典型的气凝胶材料是二氧化硅气凝胶材料，该多孔材料孔径小，平均孔径20～50nm，具有优异保温性能，常温热导率0.011～0.021W/m·K，同时由于主要成份为SiO₂，具有优异的耐热性能。然而该气凝胶单独使用时脆性大，易掉分，无法直接作为隔热材料使用，常需要与其它材料进行复合使用。随着制备成本的不断降低，已经在高性能保温材料领域获得大量应用使用，典型的复合材料是气凝胶与纤维/纤维毡进行复合，如岩棉、玻璃纤维、陶瓷纤维等复合，从而制备气凝胶毡、板或其它形式的气凝胶复合材料。CN111304910A，开发一种陶瓷纤维毡复合的二氧化硅的气凝胶的复合材料，CN109336545A公开了一种纤维/气凝胶复合材料，所述材料具有良好的隔热性能及优异的高低温使用性能。

然而，上述材料主要存在两个问题，密度高及易掉粉，目前的气凝胶/纤维毡复合材料，密度普遍大于200kg/m³，在使用、切割时不方便。

泡沫/气凝胶复合材料相对于气凝胶/纤维毡复合材料来说，也是一类重要的气凝胶复合材料，中国专利CN109535714A报道了将气凝胶材料与聚酰亚胺前驱体发泡基体混合，制备气凝胶复合聚酰亚胺泡沫的方法，以改善泡沫耐温性，然而在与聚合物混合过程中，容易发生气凝胶孔洞堵塞、隔热性能失效的现象，同时泡沫发泡过程受气凝胶颗粒影响，泡孔均匀性降低且容易开裂。中国专利CN110183198A、CN109265734A等专利报道了将氧化硅气凝胶原位填充到聚酰亚胺泡沫中的方法，该类方法易于制备，然而由于氧化硅气凝胶属于无机材料且质轻，与聚酰亚胺泡沫膜之间结力弱，容易从复合泡沫体系中脱落，发生掉粉现象，影响复合材料的使用。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种聚酰亚胺泡沫/气凝胶复合材料及其制备方法，通过膜化前处理，将气凝胶原位填充到聚酰亚胺泡沫中，解决与聚酰亚胺泡沫膜之间结合力弱、容易从复合泡沫体系中脱落、发生掉粉的问题，得到界面结合良好的复合泡沫材料，在保证开孔材料吸声性能的同时，有效降低复合材料的热导率和密度，得到一种新型复合泡沫材料，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种聚酰亚胺泡沫/气凝胶复合材料的制备方法，包括：