耐高温聚酰亚胺结构泡沫材料制备及力学性能研究

发布时间：2020-06-27 20:46

【摘要】：随着航空航天、舰船等领域对新型多孔材料的需求,一种具有优良使用安全性、耐高低温性聚酰亚胺结构泡沫材料(RPIF)的研制已迫在眉睫。本课题致力于具有优良耐温性及使用安全性RPIF材料的新型制备技术研究,并对RPIF的微观泡孔结构及半互穿网络结构对其力学性能的影响进行研究。首先探索耐高温RPIF的最佳制备工艺,然后通过调控表面活性剂的添加量,研究其对RPIF微观泡孔结构和力学性能的影响,最后在制备RPIF过程中引入线型聚酰亚胺,制备具有半互穿网络结构的聚合物,并研究半互穿网络结构对RPIF结构和性能的影响。本论文主要研究内容具体如下:1.以二元芳香酸酐和多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)为主要聚合单体制得了耐高温硬质聚酰亚胺泡沫材料。系统地研究了制备耐高温RPIF时的发泡工艺、单体种类和制备“母板”时的单体浓度及聚合反应温度对RPIF结构和性能的影响,确定了最佳制备工艺:使用微波与高温相结合的发泡方式进行发泡,最适合的反应单体为3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA),最佳单体浓度为60 wt%,最佳聚合反应温度为50℃。2.研究了制备发泡“母板”时表面活性剂的添加量对RPIF微观泡孔结构及性能的影响,测试结果表明,表面活性剂的加入对RPIF分子结构和热性能无明显影响;加入表面活性剂可以明显改善RPIF样品的泡孔规整程度;RPIF样品的力学性能随表面活性剂添加量的增加呈现出先升高后降低的趋势,其中表面活性剂添加量为6%的样品压缩强度达到了5.54 MPa。将具有不同微观泡孔结构的RPIF样品的力学性能与其微观泡孔结构建立联系,发现RPIF的压缩强度呈现出了与制得的泡沫材料孔隙率相反的变化趋势,泡沫材料的闭孔率越高越有利于得到较好的力学性能,具有较厚的棱壁厚度和较小的平均泡孔尺寸的样品具有较高的力学性能,此外较规整的微观泡孔结构有利于RPIF样品更好地承受载荷。3.采用BTDA和4,4'-二氨基二苯醚(4,4'-ODA)为聚合单体合成线型聚酰胺酸,与以BTDA和PAPI为聚合单体合成网络状聚酰亚胺的前驱体共混,制得了一系列不同共混比例的具有半互穿网络结构的硬质聚酰亚胺泡沫。结果表明:改性前后的RPIF样品均具有较高的阻燃性,少量线型聚合物可增强RPIF的热性能和力学性能,添加10%线型聚酰胺酸的样品的T_(5%)可达508℃,压缩强度可达6.71 MPa。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.4
【图文】：

结构泡沫,材料,基体

第 1 章绪论第 1 章绪论1.1 结构泡沫材料1.1.1 结构泡沫材料简介结构泡沫材料是一种具有较高承受载荷能力的多孔材料，一般来说，结构泡沫材料都拥有轻质高强、吸声或隔声、减震、抗冲击性及高比表面积等特点，常被用于环境保护、交通运输、航空航天、军工、化工等领域[1]。结构泡沫材料从材质划分一般可分为金属结构泡沫材料、无机非金属结构泡沫材料和聚合物结构泡沫材料三种。

泡沫材料,聚合物结构,建筑领域,低导热系数

哈尔滨工程大学硕士学位论文泡沫基体交联度高，泡沫的闭孔率几乎达到 100%，因此其具有良好的隔声性[8]；聚氨酯结构泡沫易于加工成型，可以在医学急救中发挥关键性作用[9]；聚酰亚胺结构泡沫具有优良的耐高低温性，可长期在-250~300℃的极限条件下使用[10]；三聚氰胺甲醛结构泡沫具有优良的使用安全性，可以作为防火材料使用[11]。聚合物结构泡沫材料的制备工艺也较另外两种结构泡沫材料更具灵活性，针对不同种类的基体树脂和不同目标材料的结构形态，可以选择不同的发泡方式，如高温发泡、微波发泡、挤出发泡、真空发泡、冷冻发泡、超临界发泡、3D 打印发泡等[12]。因此聚合物结构泡沫材料基体树脂及发泡工艺的多样性，使其具有广阔的研究和应用前景。1.1.2 聚合物结构泡沫材料的应用使用不同基体树脂制得的硬质聚合物泡沫材料或以不同发泡方式制得的硬质聚合物泡沫材料拥有不同结构和性能，从而会被应用在不同的领域。

【参考文献】