耐高温的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构泡沫及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种耐高温的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构 泡沫及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，在高分子材料技术领域中，聚酰亚胺泡沫是聚酰亚胺材料最重要的应 用形式之一。聚酰亚胺泡沫具有良好的隔热降噪性能、耐热性、耐辐照性能以及电气性能 等，已被广泛应用于航空、航天、汽车、运载火箭、铁路机车、船舶、电子等领域。聚酰亚胺泡 沫材料的研究起于19世纪60年代中期，至今已经有了多条技术路线制作聚酰亚胺泡沫材 料，但是阻碍其大规模制造并市场推广的是高昂的成本。
[0003] 目前，用作结构材料的泡沫主要有硬质聚氯乙烯（PVC)泡沫、硬质聚氨酯（PU)泡 沫、硬质聚苯乙烯(PS)泡沫、硬质聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫，其中硬质PMI泡沫虽然长期 使用温度高达180度以上，但是价格高昂，原材料控制等因素决定了其无法大规模生产并广 泛应用;而PU，PS等综合性能低下，无法满足高性能复合材料芯材的需求;PVC结构泡沫是目 前价位理想，综合性能优异且具有成熟市场的一种复合材料芯材，但是在纤维增强环氧树 脂复合材料体系中需要的高温加工条件制约了 PVC结构泡沫材料的发展。
[0004] 专利W02005/092958公开了一种制备交联聚氯乙烯泡沫的初始配方及制备方法， 专利W02007/141647，ZL200910033041.X公开了一种改进的交联聚氯乙烯结构泡沫的配方 及其制作方法，前者通过反应生成三聚脲结构的化合物，后者通过配方添加三聚结构的三 嗪化合物来显著改善聚氯乙烯结构泡沫材料的物理机械性能。但是以上几种技术都无法有 效提高聚氯乙烯结构泡沫的使用温度，导致这种综合性能优异、相对生产成本较低、制备工 艺便于大规模生产的结构泡沫新材料无法在环氧树脂复合材料体系中大量推广。
【发明内容】
[0005] 本发明主要提供了一种耐高温的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构泡沫及其制备方法， 制备的结构泡沫具有较高的耐温性，适于推广应用。其技术方案如下：一种耐高温的酰亚 胺-聚氯乙烯合金结构泡沫，其包括以下重量份的组分:聚氯乙烯树脂100份、有机二酐1-30 份、异氰酸酯30-150份、稳定剂0-10份、引发剂1-12份。
[0006] 优选的，所述异氰酸酯选自4-4 二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对亚 苯基二异氰酸酯、萘基二异氰酸酯、1，6_二己基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、 四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。通过 脂肪族异氰酸酯和芳香族异氰酸酯的混合物，调节反应活性，有利于形成交联网络的泡沫。
[0007] 优选的，所述异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯中的一种 或两种。选择这两种异氰酸酯是为了提高溶解度而得到相对高分子量的聚酰亚胺。
[0008] 优选的，所述有机二酐选自脂肪族二酐和芳香二酐中的一种或几种。一方面可以 增加溶解度，另一方面可以调节体系中的软硬段比例，利于发泡。有机二酐具有如下或类似
[0010] 优选的，所述有机二酐为双酚A型二醚二酐，因为它熔点较低，利于熔融缩聚聚酰 亚胺。
[0011] 优选的，所述稳定剂选自环氧植物油、环氧动物油、环氧树脂、环氧甘油三酯和环 氧烷中的一种或几种。稳定剂为环氧组分物质，环氧类的稳定剂完全符合环保方面的要求， 优选环氧树脂，因为更为稳定不容易迀移。
[0012] 优选的，所述引发剂为偶氮类化学引发剂，其选自偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺 中的一种或两种。
[0013] 一种耐高温的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构泡沫的制备方法，包括以下步骤：
[0014] (1)取配方量的聚氯乙烯树脂、有机二酐、异氰酸酯、稳定剂和引发剂混合均匀，得 混合物；
[0015] (2)将混合物注入模具中，在恒温恒压条件下形成半发泡胚体；
[0016] (3)保持压力不变，使半发泡胚体冷却至常温后泄压处理，得到弹性块状胚体；
[0017] (4)将所得弹性块状胚体至于干燥烘箱中加热膨胀，得半成品；
[0018] (5)将步骤(4)所得半成品置于热水浴或蒸汽中膨胀，得块状泡沫；
[0019] (6)将块状泡沫冷却至常温，然后在热水喷淋或蒸汽中固化处理，使过量的异氰酸 酯充分反应，得到固化好的酰亚胺-聚氯乙烯合金泡沫。
[0020] 优选的，步骤(2)中温度为150-200°c，压力为8-30MPa。
[0021] 优选的，步骤(4)中加热膨胀温度为70-100°C，步骤(6)中固化处理温度为40-80 0C。
[0022]上述步骤(2)中，在高温高压和引发剂的作用下，有机二酐和异氰酸酯发生熔融缩 聚反应，反应式如下：
[0024]上述步骤(2)中，聚氯乙烯树脂在高温下发生凝胶反应。高温下引发剂分解放出的 氮气和上述缩聚反应放出的CO2等气体在高压下溶解在聚氯乙烯凝胶中，形成细小均匀的 泡核。
[0025] 上述步骤(4)中胚体受热软化，泡核中的气体释放使泡核长大引起胚体膨胀。此过 程需要隔绝水份，因为步骤(2)的缩聚反应让胚体已经有一部分交联形成，直接水分进入可 能导致泡沫体膨胀困难，密度偏高或龟裂等问题。
[0026] 上述步骤(5)中异氰酸酯和水反应放出的CO2使胚体继续膨胀到所需尺寸。
[0027]采用上述耐高温的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构泡沫及其制备方法，本发明具有以 下优点：
[0028] (1)本发明制备的结构泡沫泡孔细密均匀，物理机械性能优异，根据需求可调节宽 泛的密度范围（40~300kg/m3)，适应范围广；
[0029] (2)本发明极大的提高了聚氯乙烯结构泡沫的耐温性，产品可在150°C温度下加 工，尺寸变形小，耐温性能优异。
【具体实施方式】
[0030] 1.配方
[0031] 一种耐高温的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构泡沫，其包括以下重量份的组分:聚氯乙 烯树脂100份、有机二酐1-30份、异氰酸酯30-150份、稳定剂0-10份、引发剂1-12份。
[0032]所述异氰酸酯选自4-4 二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对亚苯基二异 氰酸酯、萘基二异氰酸酯、1，6_二己基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、四亚甲基 二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。
[0033] 所述有机二酐选自脂肪族二酐和芳香二酐中的一种或几种。
[0034] 所述稳定剂选自环氧植物油、环氧动物油、环氧树脂、环氧甘油三酯和环氧烷中的 一种或几种。
[0035] 所述引发剂选自偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺中的一种或两种。
[0036] 2.制备方法
[0037] 一种耐高温的酰亚胺_聚氯乙烯合金结构泡沫的制备方法，包括以下步骤：
[0038] (1)取配方量的聚氯乙烯树脂、有机二酐、异氰酸酯、稳定剂和引发剂混合均匀，得 混合物；
[0039] (2)将混合物注入模具中，在温度为150-200°C、压力为8-30MPa条件下形成半发泡 胚体；
[0040] (3)保持压力不变，使半发泡胚体冷却至常温后泄压处理，得到弹性块状胚体；
[0041] (4)将所得弹性块状胚体至于干燥烘箱中于70_100°C温度条件下加热膨胀，得半 成品；
[0042] (5)将步骤(4)所得半成品置于热水浴或蒸汽中膨胀，得块状泡沫；
[0043] (6)将块状泡沫冷却至常温，然后在温度为40_80°C条件下，在热水喷淋或蒸汽中 固化处理，使过量的异氰酸酯充分反应，得到固化好的酰亚胺-聚氯乙烯合金泡沫。
[0044] -、具体实施例
[0045] 实施例1
[0046] 1.配方
[0047] 一种耐高温的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构泡沫，其包括以下重量份的组分:聚氯乙 烯树脂100份、双酚A型二醚二酐27份、六亚甲基二异氰酸酯56份、偶氮二异丁腈3份、偶氮二 甲酰胺1份、环氧树脂2份。
[0048] 2.制备方法
[0049]将以上原料混合均匀后倒入模具中，放进180°C、30MPa平板压机内加热