一种轻质高强高分子材料及其制备方法与流程

本发明属于轻质材料技术领域，涉及一种轻质高强高分子材料及其制备方法。

背景技术：

随着新材料及其技术的迅速发展，“节能、轻质、环保”等已成为当今新材料发展的重要目标。顺应科技发展的要求，多种高性能轻质材料依次出现，被广泛应用于航空航天、航海船舶、风电、雷达、交通运输和高端体育用品等领域。目前综合性能较好的轻质材料主要有pmi泡沫、pvc泡沫、pet泡沫以及固体浮力材料等。市面上的泡沫材料均采用物理或化学发泡法生产，受发泡工艺和原材料的影响，导致目前泡沫材料密度较小，通常为0.03～0.20g/cm³之间，且产品的密度均匀性不易控制，产品厚度受限，且目前国内很多领域的高性能泡沫材料均依赖于国外进口。固体浮力材料主要通过空心微球进行减重，受制备工艺的影响，其密度范围通常为0.38～0.70g/cm³。

基于上述轻质材料的制备工艺问题，本发明课题组开发了一种以软模板法制备轻质高强高分子材料的方法(polymerizablenonconventionalgelemulsionsandtheirutilizationinthetemplatepreparationoflow-density,high-strengthpolymericmonolithsand3dprinting.macromolecules,2019,52,2456-2463.)，以下简称对比文献，该方法虽然能在大范围内调控其密度，但是该制备方法采用的交联剂为刚性交联剂，导致材料力学性能受限，且此对比文献配方中添加了具有表面活性的正辛基三乙氧基硅烷，降低了凝胶乳液体系的界面张力，导致材料基本为开孔结构，影响了其力学性能。另外由于这种开孔结构导致其吸水率高，尺寸稳定性和力学性能稳定性下降，限制了其在众多应用领域的发展。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种轻质高强高分子材料及其制备方法，制备的轻质高分子材料力学性能有较明显的改善，且吸水率明显降低。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种轻质高强高分子材料，其制备体系包括：连续相和分散相；

连续相包括胶凝剂、油相反应单体、油相交联剂和引发剂，且不包括正辛基三乙氧基硅烷；其中，油相反应单体为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种，油相交联剂为三丙烯基异氰尿酸酯、己二醇二丙烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯中的一种或几种的组合，油相交联剂包含己二醇二丙烯酸酯时，己二醇二丙烯酸酯占油相反应单体质量的15％～30％，油相交联剂包含三丙烯基异氰尿酸酯时，三丙烯基异氰尿酸酯占油相反应单体质量的3％～10％，油相交联剂包含季戊四醇四丙烯酸酯时，季戊四醇四丙烯酸酯占油相反应单体的3％～10％；

或者，连续相包括胶凝剂、油相预聚物和固化剂，且不包括正辛基三乙氧基硅烷；其中，油相预聚物为环氧树脂预聚物和聚氨酯预聚物中的一种或两种；

或者，连续相包括胶凝剂、油相反应物、油相交联剂、引发剂和固化剂，且不包括正辛基三乙氧基硅烷；其中，油相反应物包括油相反应单体和油相预聚物，油相反应单体为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种，油相预聚物为环氧树脂预聚物和聚氨酯预聚物中的一种或两种；油相交联剂为三丙烯基异氰尿酸酯、己二醇二丙烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯中的一种或几种的组合，油相交联剂包含己二醇二丙烯酸酯时，己二醇二丙烯酸酯占油相反应单体质量的15％～30％，油相交联剂包含三丙烯基异氰尿酸酯时，三丙烯基异氰尿酸酯占油相反应单体质量的3％～10％，油相交联剂包含季戊四醇四丙烯酸酯时，季戊四醇四丙烯酸酯占油相反应单体的3％～10％。

优选的，当连续相包括胶凝剂、油相反应单体、油相交联剂和引发剂时，胶凝剂、油相反应单体和引发剂的质量比为：(0.5～40)：100：(0.1～5)；

当连续相包括胶凝剂、油相预聚物和固化剂时，胶凝剂与油相预聚物的质量比为：(0.5～40)：100；

当连续相包括胶凝剂、油相反应物、油相交联剂、引发剂和固化剂时，胶凝剂与油相反应物的质量比为(0.5～40)：100，油相反应单体和引发剂的质量比为：100：(0.1～5)。

优选的，连续相与分散相的体积比为：(8.5～1.5)：(1.5～8.5)。

优选的，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、二丁基萘磺酸钠和烷基磺酸钠中的一种或几种的组合。

优选的，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸钾、异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或几种组合。

优选的，分散相为与连续相不反应且不互溶的水、无机盐水溶液、有机化合物水溶液、酸水溶液或碱水溶液。

所述的轻质高强高分子材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，软模板的制备

将胶凝剂、油相反应单体、油相交联剂和引发剂混合，并搅拌均匀，然后加入分散相进行乳化，得到凝胶乳液；

或者，将胶凝剂、油相预聚物和固化剂混合，并搅拌均匀，然后加入分散相进行乳化，得到凝胶乳液；

或者，将胶凝剂、油相反应物、油相交联剂、引发剂和固化剂混合，并搅拌均匀，然后加入分散相进行乳化，得到凝胶乳液；

步骤2，软模板的聚合

将凝胶乳液进行加热引发聚合反应，反应完成后干燥，得到轻质高强高分子材料。

优选的，聚合反应为：30～90℃反应4～12h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明发现，在加入小分子表面活性剂具有表面活性的正辛基三乙氧基硅烷后，会影响凝胶体系的界面张力，因此导致对比文献中的材料呈现出开孔的微观结构，导致对比文献中材料的承力性大大降低。更重要的，由于这种开孔结构，使得对比文献中材料的吸水率特别高，进一步导致了对比文献中材料的尺寸稳定性和力学性能稳定性大大降低，这严重的限制了其应用。本发明通过配方的调整，省略具有表面活性的正辛基三乙氧基硅烷，使得制备的材料95％以上均为闭孔结构，因此本发明材料的吸水率更小，应用于海洋领域有更加明显的优势，且闭孔结构进一步提升了材料的力学性能，取得了预料不到的技术效果，极大的拓宽了轻质材料的应用领域。对比文献配方中的具有表面活性的正辛基三乙氧基硅烷价格昂贵，而本发明采用的原料价格低廉易得，总的来说，在有效控制原料成本的前提下，以本发明技术制备的轻质高强材料的力学性能和吸水性能均有较明显的改善。当使用油相反应单体和油相交联剂时，选择更加柔性的交联剂，并且调整了交联剂配比，改变了体系的交联密度，使得整个体系的交联网状结构得到改善，达到最合适的状态，这导致轻质高强材料的压缩性能提高、弯曲性能和剪切性能有了大幅度的提升。本发明材料制备过程绿色安全，材料密度可调控范围广，密度分布均匀，比强度比模量高，热性能优异，耐介质性能突出，成型加工性能优异，弥补了国内外轻质材料生产工艺中的重大缺陷，可以代替国内较多应用领域中的进口高性能轻质材料。

本发明以软模板法进行制备，通过胶凝剂的稳定作用，使连续相和分散相搅拌形成一种稳定存在、倒置不流动的凝胶乳液，将此凝胶乳液进行聚合即得到孔分布均匀、密度可控的轻质高强高分子材料，不需要通过物理化学发泡或以空心微球达到减重的目的。本发明以软模板法制备的材料兼具高性能泡沫材料和固体浮力材料的优异性能，密度可在0.15～0.85g/cm³之间调控，制备工艺简单绿色。

附图说明

图1为实施例3中材料外观图。

图2为实施例6中材料外观图。

图3为实施例5中材料压缩强度曲线。

图4为实施例5中材料弯曲强度曲线。

图5为实施例8中轻质聚苯乙烯的扫描电镜图片。

图6为对比例中材料的扫描电镜图。

图7为本发明与对比例中材料压缩强度对比图。

图8为本发明与对比例中材料压缩模量对比图。

图9为本发明与对比例中材料弯曲强度对比图。

图10为本发明与对比例中材料剪切强度对比图。

图11为本发明在实施例4基础上放大1800倍的样件外观图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明轻质高强高分子材料，其制备体系包括：连续相和分散相；连续相包括胶凝剂、油相反应单体、油相交联剂和引发剂，且不包括具有表面活性的正辛基三乙氧基硅烷；其中，油相反应单体为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种，油相交联剂为三丙烯基异氰尿酸酯、己二醇二丙烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯中的一种或几种的组合，油相交联剂包含己二醇二丙烯酸酯时，己二醇二丙烯酸酯占油相反应单体质量的15％～30％，油相交联剂包含三丙烯基异氰尿酸酯时，三丙烯基异氰尿酸酯占油相反应单体质量的3％～10％，油相交联剂包含季戊四醇四丙烯酸酯时，季戊四醇四丙烯酸酯占油相反应单体的3％～10％；

或者，连续相包括胶凝剂、油相预聚物和固化剂，且不包括具有表面活性的正辛基三乙氧基硅烷；其中，油相预聚物为环氧树脂预聚物和聚氨酯预聚物中的一种或两种；

或者，连续相包括胶凝剂、油相反应物、油相交联剂、引发剂和固化剂，且不包括具有表面活性的正辛基三乙氧基硅烷；其中，油相反应物包括油相反应单体和油相预聚物，油相反应单体为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种，油相预聚物为环氧树脂预聚物和聚氨酯预聚物中的一种或两种；油相交联剂为三丙烯基异氰尿酸酯、己二醇二丙烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯中的一种或几种的组合，油相交联剂包含己二醇二丙烯酸酯时，己二醇二丙烯酸酯占油相反应单体质量的15％～30％，油相交联剂包含三丙烯基异氰尿酸酯时，三丙烯基异氰尿酸酯占油相反应单体质量的3％～10％，油相交联剂包含季戊四醇四丙烯酸酯时，季戊四醇四丙烯酸酯占油相反应单体的3％～10％。

当连续相包括胶凝剂、油相反应单体、油相交联剂和引发剂时，胶凝剂、油相反应单体和引发剂的质量比为：(0.5～40)：100：(0.1～5)；

当连续相包括胶凝剂、油相预聚物和固化剂时，胶凝剂与油相预聚物的质量比为：(0.5～40)：100；

当连续相包括胶凝剂、油相反应物、油相交联剂、引发剂和固化剂时，胶凝剂与油相反应物的质量比为(0.5～40)：100，油相反应单体和引发剂的质量比为：100：(0.1～5)。

连续相与分散相的体积比为：(8.5～1.5):(1.5～8.5)。

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、二丁基萘磺酸钠和烷基磺酸钠中的一种或几种的组合。

引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸钾、异丙苯过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或几种组合。

分散相为与连续相不反应且不互溶的水、无机盐水溶液、有机化合物水溶液、酸水溶液或碱水溶液。

其制备方法，包括如下步骤：

1、软模板的制备

常温常压下，将一定量的胶凝剂、油相反应单体、油相交联剂和引发剂加入合适的容器中，并搅拌震荡均匀，然后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。其中连续相和分散相的体积比为(8.5～1.5):(1.5～8.5)；

或者，将胶凝剂、油相预聚物和固化剂加入合适的容器中，并搅拌震荡均匀，然后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。其中连续相和分散相的体积比为(8.5～1.5):(1.5～8.5)；

或者，将胶凝剂、油相反应物、油相交联剂、引发剂和固化剂加入合适的容器中，并搅拌震荡均匀，然后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。其中连续相和分散相的体积比为(8.5～1.5):(1.5～8.5)；

2、软模板的聚合

将步骤1中的凝胶乳液在水浴锅中进行加热引发聚合，聚合过程为：30～90℃反应4～12h后，在恒温烘箱/微波干燥箱中干燥即得到轻质高强高分子材料。

实施例1：

将2.75mg双胆固醇衍生物、550μl苯乙烯、27.5μl三丙烯基异氰尿酸酯、82.5μl己二醇二丙烯酸酯和2.75mg偶氮二异丁腈加入试管，在振荡器上震荡均匀，加入3740μl水在涡旋震荡器上震荡，形成均一、倒置不流动的乳白色凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在30℃水浴锅中反应12h，在60℃温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.15±0.01g/cm³的轻质聚苯乙烯。此轻质聚苯乙烯的压缩强度为3mpa，压缩模量为75mpa，弯曲强度3.5mpa，弯曲模量130mpa，剪切强度2.3mpa。

实施例2：

将220mg十二烷基硫酸钠、550μl苯乙烯、55μl甲基丙烯酸甲酯、18.2μl季戊四醇四丙烯酸酯、60.5μl三丙烯基异氰尿酸酯和12.1mg偶氮二异丁腈加入试管，在振荡器上震荡均匀，加入5245μlph值为10的碳酸氢钠水溶液在涡旋震荡器上震荡，形成均一、倒置不流动的乳白色凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在60℃水浴锅中反应6h，在50℃温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.15±0.01g/cm³的轻质聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物。此轻质高强材料的压缩强度为2.7mpa，压缩模量为58mpa，弯曲强度为3.4mpa，弯曲模量为130mpa，剪切强度为2.3mpa。

实施例3：

将193mg四氧化三铁微纳米颗粒和15mg双胆固醇衍生物、644μl苯乙烯、193.2μl己二醇二丙烯酸酯和32.2mg过氧化二苯甲酰加入试管，在振荡器上震荡均匀，加入3705μl水在涡旋震荡器上震荡，形成均一、倒置不流动的乳白色凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在90℃水浴锅中反应4h，在80℃恒温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.22±0.01g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达8mpa，压缩模量可达230mpa，弯曲强度为6.5mpa，弯曲模量为290mpa，剪切强度为4.4mpa。

实施例4：

将83mg二氧化钛微纳米颗粒、644μl苯乙烯、96μl己二醇二丙烯酸酯、32.2μl三丙烯基异氰尿酸酯、32.2μl季戊四醇四丙烯酸酯和4.2mg异丙苯过氧化氢加入试管，在振荡器上震荡均匀，加入1886μl水在涡旋震荡器上震荡，形成均一、倒置不流动的乳白色凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在60℃水浴锅中反应10h，在100℃恒温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.32±0.01g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达15mpa，压缩模量可达380mpa。弯曲强度为12mpa，弯曲模量为490mpa。剪切强度为7.4mpa。

实施例5：

将55mg二氧化钛微纳米颗粒和33mg氧化锌微纳米颗粒(比表面积300m²/g)、644μl苯乙烯、64μl季戊四醇四丙烯酸酯、和4.2mg偶氮二乙庚腈加入试管，在振荡器上震荡均匀，加入1691μl水在涡旋震荡器上震荡，形成均一、倒置不流动的乳白色凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在60℃水浴锅中反应10h，在100℃恒温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.32±0.01g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达15mpa，压缩模量可达380mpa。弯曲强度为12mpa，弯曲模量为490mpa。剪切强度为7.4mpa。

实施例6：

将53mg十二烷基硫酸钠、480mg二氧化钛微纳米颗粒、1334μl苯乙烯、266μl己二醇二丙烯酸酯、40μl季戊四醇四丙烯酸酯、9.5mg偶氮二异丁腈和13mg过硫酸钾加入试管，在振荡器上震荡均匀，加入2005μl水在涡旋震荡器上震荡，形成均一、倒置不流动的凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在30℃水浴锅中反应10h，在100℃恒温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.52±0.02g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达31mpa，压缩模量可达800mpa。弯曲强度为30mpa，弯曲模量为1090mpa。剪切强度为17.8mpa。

实施例7：

将340mg二氧化硅微纳米颗粒、1700μl苯乙烯、136μl三丙稀基异氰尿酸酯、和1.7mg过氧化二苯甲酰加入试管并混合均匀，加入384μl质量浓度为5％的氯化钙水溶液在涡旋震荡器上震荡均匀，形成均一、倒置不流动的凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在70℃水浴锅中反应12h，在100℃恒温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.85±0.02g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达99mpa，压缩模量可达1800mpa。弯曲强度为70mpa，弯曲模量为1750mpa。剪切强度为30mpa。

实施例8：

将280mg氧化锌微纳米颗粒、1334μl苯乙烯、200μl己二醇二丙烯酸酯、40μl三丙稀基异氰尿酸酯、40μl三丙烯基异氰尿酸酯和9.5mg过氧化二碳酸二异丙酯加入试管并混合均匀，加入1748μl水在涡旋震荡器上震荡均匀，形成均一、倒置不流动的凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在60℃水浴锅中反应10h，在100℃恒温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.52±0.02g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达33mpa，压缩模量可达720mpa。弯曲强度为30mpa，弯曲模量为1090mpa。剪切强度为17.8mpa。

实施例9：

将340mg四氧化三铁微纳米颗粒、1600μl苯乙烯、160μl三丙烯基异氰尿酸酯、128μl季戊四醇四丙烯酸酯和80mg过氧化二苯甲酰加入试管并混合均匀，加入955μlph值为4的硫酸水溶液在涡旋震荡器上震荡均匀，形成均一、倒置不流动的凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在70℃水浴锅中反应12h，在100℃恒温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.70±0.02g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达65mpa，压缩模量可达1150mpa。弯曲强度为51mpa，弯曲模量为1400mpa。剪切强度为36mpa。

实施例10：

将332mg二丁基萘磺酸钠和11mg氧化锌微纳米颗粒、1107μl苯乙烯、276μl己二醇二丙烯酸酯、33μl三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和55.3mg偶氮二异庚腈加入试管并混合均匀，加入2331μl水在涡旋震荡器上震荡均匀，形成均一、倒置不流动的凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在60℃水浴锅中反应8h，在100℃烘箱中干燥24h即可得到密度为0.43±0.02g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达24mpa，压缩模量可达550mpa。弯曲强度为19.7mpa，弯曲模量为840mpa。剪切强度为13.2mpa。

实施例11：

将110mg二氧化钛微纳米颗粒和11mg胆固醇衍生物、886μl苯乙烯、221μl环氧树脂预聚物、74μl环氧固化剂、177μl己二醇二丙烯酸酯、26.5μl季戊四醇四丙烯酸酯和1.2mg偶氮二异庚腈加入试管并混合均匀，加入1980μl水在涡旋震荡器上震荡均匀，形成均一、倒置不流动的凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在80℃水浴锅中反应8h，在100℃烘箱中干燥24h即可得到密度为0.43±0.02g/cm³的轻质聚苯乙烯-环氧树脂ipn结构共聚物。此轻质材料压缩强度可达22mpa，压缩模量可达450mpa。弯曲强度为18mpa，弯曲模量为700mpa。剪切强度为11.7mpa。

实施例12：

将322mg烷基磺酸钠和32.2mg四氧化三铁微纳米颗粒、1067μl苯乙烯、267μl聚氨酯预聚物、67μl聚氨酯固化剂、213μl己二醇二丙烯酸酯、32μl季戊四醇四丙烯酸酯和55.3mg过氧化苯甲酸叔丁酯加入试管并混合均匀，加入1846μl质量分数为20％的葡萄糖水溶液在涡旋震荡器上震荡均匀，形成均一、倒置不流动的凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在60℃水浴锅中反应12h，在100℃烘箱中干燥24h即可得到密度为0.52±0.02g/cm³的轻质聚苯乙烯-聚氨酯ipn结构共聚物。此轻质材料压缩强度可达22mpa，压缩模量可达450mpa。弯曲强度为18mpa，弯曲模量为700mpa。剪切强度为11.7mpa。

实施例13：

将340mg二氧化硅微纳米颗粒、1700μl苯乙烯、170μl三丙烯基异氰尿酸酯、85μl季戊四醇四丙烯酸酯和22mg过氧化二苯甲酰加入试管并混合均匀，加入405μl质量浓度为1％的尿素水溶液在涡旋震荡器上震荡均匀，形成均一、倒置不流动的凝胶乳液体系，将装有凝胶乳液体系的试管口进行密封，在70℃水浴锅中反应12h，在100℃恒温烘箱中干燥24h，即得到密度为0.85±0.02g/cm³的轻质聚苯乙烯。此聚苯乙烯压缩强度可达99mpa，压缩模量可达1800mpa。弯曲强度为70mpa，弯曲模量为1750mpa。剪切强度为30mpa。

对比例：

按照文献polymerizablenonconventionalgelemulsionsandtheirutilizationinthetemplatepreparationoflow-density,high-strengthpolymericmonolithsand3dprinting.macromolecules,2019,52,2456-2463上面的配方和方法，将胶凝剂、苯乙烯、otes、二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯分别加入烧杯中搅拌均匀，再加入定量的水进行搅拌乳化，制备出凝胶乳液，将此凝胶乳液加热聚合，即制备出不同密度的样件。对以上样件分别进行压缩强度、弯曲强度、剪切强度和吸水率的测试。

图1为本发明实施例3中的样件外观图，图2为实施例6中的样件外观图，从图中可以看出，本发明中材料的外观完整无缺陷，表面光滑平整。

图3为实施例5中轻质高强材料的压缩强度曲线，此处给出两组平行样数据，可以看出，密度为0.32±0.01g/cm³的压缩性能优异，压缩强度可达15mpa左右。

图4为实施例5中材料的弯曲强度曲线，从图中可以看出，密度为0.32±0.01g/cm³的弯曲性能优异，弯曲强度可达12mpa左右。

图5和图6分别为本发明中材料和对比例中材料的扫描电镜图片，从两个图中可以明显的看出，本发明中材料的外观结构基本都为闭孔结构，而对比例中材料均为开孔结构。

图7为本发明中材料和对比例中材料压缩强度对比曲线。图8为本发明中材料和对比例中材料压缩模量对比曲线。从两图中可以看出，本发明材料的压缩性能优异，比强度比模量高，本发明中材料的压缩强度稍高于对比例中材料，而压缩模量较对比文献中材料有明显提升。

图9为本发明中材料和对比例中材料弯曲强度对比曲线。图10为本发明中材料和对比例中材料剪切强度对比曲线。从两图中可以看出，本发明中材料的弯曲强度和剪切强度优异，均明显优于对比例中材料。

图11为本发明中以实施例4为基础放大1800倍的样件外观图，尺寸为310×240×65mm。从图中可以看出，本发明中提供的轻质高强材料可以实现放大生产，且材料外观平整、均匀、光滑。

对本发明实施例及对比例材料的吸水率进行测试，相同密度材料的吸水率对比结果如表1所示，可以看出，相同密度的材料，本发明中材料的吸水率远远小于对比文献中材料的吸水率。

表1本发明与对比文献相同密度材料的吸水性对比结果

对本发明实施例1、实施例4、实施例5、实施例8中制备的材料进行耐介质性测试，结果如表2所示，可以看出，本发明制备的不同密度的轻质材料对大多数介质的耐介质性能优异。

表2耐介质性测试结果

对本发明制备的材料进行导热性能测试，结果如表3所示。

表3轻质高强聚苯乙烯导热系数测试结果

从表3可以看出，本发明制备的材料导热系数比较低，因此可以当做综合性能优异的保温材料使用。