[发明专利]一种纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫及其制备方法，通过在高闭孔率凝胶乳液中引入一定量的纤维，可明显加快高闭孔率泡沫材料分散相水分的干燥速率，显著提高生产效率，降低生产成本；另外，本发明纤维复合轻质高强聚合物泡沫的力学性能突出，尤其是冲击韧性和弯曲性能。总的来说，本发明可以得到一类密度范围宽、闭孔率高、综合力学性能突出、耐介质性及耐热性优异、干燥速率较快的轻质高强交联聚合物泡沫材料，极大的推动以凝胶乳液为软模板制备高强度泡沫材料的工业化进程以及对“轻质”和“高强”有高要求应用领域的大力发展。

技术领域

本发明属于轻质高强多孔材料技术领域，具体涉及一种凝胶乳液软模板法制备的纤维增强交联聚合物泡沫及其制备方法。

背景技术

随着航空航天、航海船舶、风电、雷达、交通运输、电子通信和高端体育用品等领域对材料“节能、环保、轻质、高强”性能要求的日益增高，对具有低密度高强度材料的研究显得尤为重要。本课题组专利CN 110229263 B公开了一种凝胶乳液软模板基轻质高强高分子材料及其聚合方法，该轻质高强材料是通过凝胶乳液的制备、凝胶乳液的聚合以及分散相水分的去除三个步骤完成的，该材料密度可大范围调控，闭孔率高，综合性能优异。但该材料在逐步放大生产过程中发现，由于高闭孔率不利于材料分散相水分的去除，导致放大样件水分干燥速率慢，干燥速率慢会导致材料生产速率降低，生产能耗和成本提高，严重阻碍该材料的工业放大和实际应用进程。

发明内容

本发明的目的是克服专利CN 110229263 B存在的问题，提供一种具有极高的比强度比模量、冲击韧性好、弯曲性能及拉伸性能高、耐介质性优异、闭孔率可达99％以上且干燥速率较快的纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫及其制备方法。

针对上述目的，本发明纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫由下述步骤制备而成：

步骤1：凝胶乳液软模板的制备

常温常压下，将胶凝剂、反应单体、交联剂及引发剂搅拌均匀，形成连续相；然后向连续相中加入分散相进行乳化，形成均一、细腻、倒置不流动的凝胶乳液；其中，所述胶凝剂为胆固醇衍生物、四氧化三铁微纳米颗粒、二氧化钛微纳米颗粒、二氧化硅微纳米颗粒、氧化锌微纳米颗粒、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、二丁基萘磺酸钠等中任意一种或多种的混合物；所述反应单体为苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯等中任意一种或多种的混合物；所述分散相占分散相与连续相总质量的10％～75％。

步骤2：纤维复合凝胶乳液的制备

将步骤1中的凝胶乳液与硅烷化试剂处理的纤维进行复合，得到纤维复合凝胶乳液；其中，所述硅烷化试剂处理的纤维的添加量为凝胶乳液中连续相总质量的5％～60％。

步骤3：纤维复合凝胶乳液的聚合

将装有纤维复合凝胶乳液的模具放置在水浴或烘箱中进行引发聚合，反应结束后脱模，将脱模后的样块干燥至恒重，到纤维复合轻质高强交联聚合物泡沫。

进一步，上述步骤1中，所述反应单体为苯乙烯与丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸叔丁酯的混合物时，丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸叔丁酯的加入量为苯乙烯体积的10％～40％。

进一步，上述步骤1中，所述交联剂为二官能团交联剂和三官能团交联剂中任意一种或两种的组合，所述二官能团交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、己二醇二丙烯酸酯中任意一种或两种的混合物，所述三官能团交联剂为三丙烯基异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中任意一种或两种的混合物；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酸叔丁酯中任意一种或多种的组合。