一种聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及泡沫塑料的制备方法，具体涉及一种高均匀性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫 的制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚甲基丙烯酰亚胺（PMI)泡沫是一种交联、轻质、闭孔的硬质泡沫塑料，其具有比 其他聚合物泡沫材料更优异的力学性能，比强度高，比模量高，以及更好的压缩蠕变性能， 因而将聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料用作芯材用于夹层复合材料具有广泛的应用前景。
[0003] 专利公开号CN101857656A、CN102051012A、CN101289565A、CN102675795A、 CN102675796A、CN102020821A均以（甲基）丙烯酸和（甲基）丙烯腈为主要单体同时加入发 泡剂、交联剂等混合均匀后聚合发泡。这两类单体在低温预聚初始状态下都是液体，相容性 较好，但在后续过程中有如下缺点：1、在长时间低温静止预聚合过程中，一些聚合产生的结 晶颗粒等在重力作用下会发生沉降现象，导致聚合板材上下材质分布不一致，最终得到的 聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料上下差异较大；2、拆模后，由于预聚板材尚存少量单体未完全 聚合，也尚未产生交联，故板材不够致密，强度也较差，此时进入预处理烤箱处理，在热空气 中发泡剂较易从板材中逃逸，从而导致在越靠近表层的部分发泡剂含量越低，中间部分发 泡剂含量高，发泡所得制品的密度分布在厚度方向呈现出高?低?高的特点，密度偏差在 15?25%之间；3、材质均匀性差、密度差别大，导致力学性能不稳定，很容易造成局部力学 性能不够，大幅降低制品的力学强度，留下安全隐患；4、单体残留量大，尤其是丙烯腈和甲 基丙稀臆等剧毒单体的残留具有很大的环境危害。
[0004] 随着航空航天、铁路机车、船舶、风力发电叶片、医疗器械、汽车轻量化、体育用品 等民用领域对聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料需求的增加，为了满足国民经济发展的需要，不 断改进现有的制备方法，制备性能更加优异的高均匀性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料势在必 行。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高均匀性的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法。
[0006] 实现本发明目的的技术方案是：一种高均匀性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的制 备方法，其包括以下步骤： (1)配料：将甲基丙烯酸类单体、甲基丙烯腈类单体、第三单体以及引发剂搅拌混合均 匀，得到均匀的混合液体；按甲基丙烯酸类单体、甲基丙烯腈类单体、第三单体的单体总重 量100%计，其中甲基丙烯酸类单体占单体总量的40?60% ;甲基丙烯腈类单体占单体总量 的40?60% ;第三单体占单体总量的0?20% ;引发剂为单体总量的0. 01?0. 5%。
[0007] (2)聚合：将步骤（1)得到的混合液体分装于模具内，而后将模具置于水槽中进 行聚合，控制水槽温度在28?60°C之间，60?192小时后拆模得到透明的预聚板材；聚合 温度过低或聚合时间过短可能导致单体不聚合或者聚合不完全，聚合温度过高容易导致爆 聚，得不到聚合良好的板材，聚合时间过长又浪费产能。
[0008] (3)预处理：将预聚板材放入预热烤箱中由60°C阶段升温至120°C烘烤25?31h， 使聚合更加彻底；预处理温度过低或者聚合时间过短可能导致聚合不彻底，单体残留量高， 聚合时间延长浪费产能，预处理温度过高可能导致产品提早发泡变形而影响后续发泡。
[0009] (4)发泡剂处理：将步骤（1)中单体总重量200%?400%的发泡剂打入压力荃，将 步骤（3)所得的聚合板材浸没于压力釜的发泡剂中，根据成品密度需要在I. 0?3.OMPa的 压力下保压10?20h充分浸泡，而后取出聚合板材静置2?6小时；产品密度大，需要的发 泡剂少，釜内压力应当小；产品密度小，需要的发泡剂多，釜内压力应当大；压力过小发泡 剂渗入速度慢甚至很少渗入，压力过大，发泡剂渗入速度过快，渗入发泡剂过多，所得产品 密度偏小，得不到符合要求的产品；保压时间的长短取决于发泡剂在聚合板中的渗透速度， 保压时间短不利于发泡剂完全渗透聚合板，保压时间长浪费产能。静置使聚合板表面的发 泡剂能完全挥发，并保证发泡剂在聚合板中的充分扩散，从而保证发泡的均匀性。
[0010] (5)辐射交联处理：将步骤（4)得到的板材在氮气保护下，进行辐射处理，使聚合 物板材均匀有效的发生交联，得到聚合彻底且发生部分交联的聚合板，辐射交联的吸收剂 量为10?70kGy;在电子辐射条件下，残留单体进一步聚合，残留含量大幅降低；吸收剂量 低，不利于交联，造成压缩强度过低；吸收剂量高会影响产品的的抗冲击强度、剪切强度等 综合力学性能。
[0011] (6)发泡：将步骤（5)得到的聚合板放置于发泡炉中进行发泡3?6小时，发泡温 度为180?240 °C，发泡完成后取出冷却至室温，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料；发泡时 间短温度低不利于聚合板发泡甚至不发泡，发泡温度过高导致产品密度偏小，严重时导致 泡孔结构被破坏，力学性能大幅下降。
[0012] 进一步地，其还包括步骤（7):将经步骤（6)发泡后获得的泡沫置于后处理烤箱中 由160°C阶段升温至240°C烘烤38?42h，以消除板材的内应力，进一步稳定和提升材料的 力学性能。
[0013] 上述技术方案中的第三单体为（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙 烯酸丁酯、（甲基）丙烯酸叔丁酯、（甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺中的一种或几种按 比例混合均匀的混合物；引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧化 二异丙苯、过氧化月桂酰中的一种或几种按比例混合的混合物；发泡剂为甲酰胺、丙三醇、 乙二醇、2-丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、戊烷、己烷、异己烷、辛烷、异辛烷中的一种或任意几 种按比例混合的混合物。
[0014] 本发明的原理和有益效果如下： 1、原料混合均匀后通过自由基共聚得到的共聚物在后续的高温发泡中发生环化反应 后得到的六元酰亚胺环状结构的性能是提升聚甲基丙烯酰亚胺泡沫优异性能的关键。本发 明采用先聚合的方式，有效增加不同单体间的碰撞接触，减少了发泡剂的阻隔，有助于不同 单体之间的共聚反应，成品中共聚物占比高；另外还缓解了聚合过