[发明专利]一种PMI块体泡沫材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种PMI块体泡沫材料及制备方法，将主单体1、主单体2、交联单体、引发剂配制成油相；将去离子水、水溶性无机盐、分散剂、表面活性剂配制水相；将水相与油相反应后对悬浮聚合反应釜升温熟化处理，得到PMI前驱体珠粒；将PMI前驱体珠粒放入多孔模具中，放入高压釜中。加入共发泡剂并泵入超临界COsubgt;2/subgt;，保持高压釜内温度和压力恒定使得PMI前驱体珠粒吸附饱和，然后以高于10MPa/s的速度快速卸去釜内压力，促使前驱体珠粒膨胀发泡并挤压成为块体材料；再热处理促使大分子链进行环化反应和交联反应，得到PMI块体泡沫材料。所得的PMI块体泡沫材料的泡孔尺寸均匀性好，不易出现泡孔塌陷收缩，发泡倍率较大，泡沫密度可以降低到100kg/msupgt;3/supgt;以下。

技术领域

本发明属于高分子发泡材料领域，涉及一种PMI块体泡沫材料及制备方法。

背景技术

聚甲基丙烯酰亚胺(Polymerthacrylimide,PMI)泡沫是一种交联、闭孔、孔径分布均匀、各向同性的硬质结构泡沫材料，其大分子主链为碳-碳链而侧链含有酰亚胺环和交联结构，这一特有的结构赋予了PMI泡沫材料优异的耐热性能和力学性能等优势。相比于芳纶蜂窝芯材，PMI泡沫芯材具有各向同性、与面板粘结强度高、减震阻尼、损伤容限大等优势，作为夹层结构复合材料的芯材已经被广泛应用于航空航天、交通运输、风电叶片、医疗器械、体育器材等高新技术领域。

当前，PMI泡沫材料的制备方法主要有低温本体聚合高温发泡法和反应挤出发泡法。低温本体聚合高温发泡法是目前工业化板材产品的最成熟技术路线，而反应挤出发泡法只在相关文献中有一定报道，并未看到该方法生产出的PMI泡沫产品。低温本体聚合高温发泡法制备PMI泡沫的工艺是：将原料混合液在封闭平板模具中于35～60℃水浴本体聚合成为可发泡PMI前驱体共聚物板材，再经180～240℃高温发泡得到PMI泡沫板材(张广成，等.橡塑技术与装备.2021,47(10):23-30)。然而该方法存在如下主要缺点：第一，自由基本体聚合过程中反应热难以排除，在大厚度、大面积制品中容易产生爆聚；第二，封闭静止聚合过程造成补加单体困难，大分子链的序列结构可调控性差；第三，原料甲酰胺类发泡剂毒性大，聚合时间长达几天到十几天，生产效率低，产品成本很高；第四，只能得到板材类产品，不能直接制备形状复杂的零部件。

为了满足制备形状复杂的PMI泡沫制品的需求，现有技术方案主要有三类：

一、将本体聚合中可发泡共聚物板材机械粉碎成颗粒或者粉末，然后将这些颗粒或者粉末装入模具中进行升温模内发泡制备形状各异的模内发泡产品(中国专利,CN101857656B.CN103232568B.CN106349419B.CN103421206B.)。这些制备方法存在环保性差、颗粒尺寸难以控制、颗粒之间粘结性差、发泡倍率低，所得模内PMI泡沫的力学性能低等问题，无法满足实际应用需求。

二、采用悬浮聚合法制备PMI淤浆或者块状混合物，将所得的混合物进行干燥后得到共聚物粉末并添加发泡剂进而发泡成PMI泡沫(中国专利,CN103421206B.)、或者将混合物中直接添加发泡剂和交联剂等通过轧辊去除水分后得到薄片状混合物，进一步模压发泡得到PMI泡沫(中国专利,CN108409999A.)。这一方法虽然有利于克服传统PMI前驱体预聚过程中容易出现爆聚的缺点，但所得模压PMI泡沫发泡倍率、力学性能和耐热性均很低，泡沫结构和性能很难被有效控制，也无法满足实际应用需求。

三、采用悬浮聚合法制备可膨胀PMI前驱体珠粒，利用可膨胀PMI前驱体珠粒在模具内高温发泡得到模内发泡制品(中国专利,CN104995243A)。然而该方法采用的物理发泡剂会在聚合物基体中分散不均，会在聚合物基体中引起缺陷，且珠粒发泡后孔径不均一，极易出现很大的泡孔，这对泡沫材料的力学性能极为不利。该方法无法得到密度低于100kg/m³以下的模内PMI泡沫，泡沫的力学性能也低于传统方法，也无法满足实际应用需求。

发明内容

要解决的技术问题