一种酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：1)将酚酞基聚芳醚酮树脂在高温硫化机上模压成型，制成发泡原胚；2)将发泡原胚放在模压机的发泡腔内，充入超临界流体进行渗透、溶胀，达到扩散平衡，形成聚合物‑超临界流体均相溶液；3)通过体系内压力的突然释放，使聚合物‑超临界流体均相溶液过饱和，从而引发成核、发泡，最后形成孔径均匀、孔密度可调节的闭孔结构泡沫。本发明专利技术生产过程清洁环保，效率较高，制得的结构泡沫机械性能高，可以满足航空、舰船、建筑等领域的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法
本专利技术涉及一种酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)结构泡沫的制备方法，特别涉及一种利用超临界流体模压发泡技术制备PEK-C结构泡沫材料的方法。
技术介绍
热塑性高性能聚芳醚酮(简称PEK)具有阻燃、耐辐射、耐热等级高，介电性能、冲击性能优异等特点。由二氟二苯甲酮与芳香族二元酚高温缩聚而成，也可由芳香族二卤代物与4，4′-二羟基二苯甲酮缩聚的一类特种工程塑料，具有高热氧稳定性，高力学性能。在高分子主链中引入较大比例的环状结构，如芳环和杂环，可增加高聚物的热稳定性。具有“梯形”、“螺形”和“片状”结构的高聚物，其耐热性极好，缺点则为难加工成型。PEK具备了这些耐高温聚合物材料的结构特点，同时这些结构大大提高了聚合物的玻璃化转变温度和熔融温度。问世后曾一度被称为超耐热高分子材料，在宇航、电子信息、能源、食品医疗等领域中已得到了成功的应用。超临界流体(SCF，supercriticalfluid)是指在临界温度以上、临界压力以上的流体。由于其粘度和扩散系数接近气体，而密度和溶剂化能力接近液体，可以利用超临界流体的这些优点来制备聚合物发泡材料，通过超临界流体技术与各种聚合物成型设备结合，形成的超临界挤出发泡、超临界注塑发泡、超临界固态间歇发泡以及超临界模压发泡技术，统称为超临界流体发泡技术。相比于传统的发泡技术，超临界流体发泡技术不再受发泡剂分解温度的限制，不但能发泡通用的聚合物材料，还可以发泡耐热温度更高的特种工程塑料。目前的超临界发泡工艺有超临界注塑或挤出发泡工艺，虽然连续化生产效率高，但还存在许多问题，例如此类工艺加工温度高于聚合物的熔融温度，而且要求聚合物有较高的熔体强度，发泡的过程中压力降低速率比较低，通常制得的发泡产品泡孔粗大、孔径分布不均，并且发泡倍率较小。超临界固态间歇发泡工艺通常饱和温度较低，饱和需要几个小时甚至几十个小时，生产效率较低，大大限制了这种工艺的大规模工业化。中国科学院长春应用化学研究所在CN102875800B中提供了一种酚酞基聚芳醚酮聚合物(简称PEK-C)，该聚合物聚芳醚酮主链上引入酚酞基官能团，赋予材料更高的耐热性。但是该酚酞基聚芳醚酮聚合物从开发至今，在国内外均没有相关发泡成功的文献报道。本专利技术将超临界模压发泡技术应用于酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)的发泡，克服超临界注塑或者挤出需要高流动性下的高熔体强度的矛盾，制备一种沫泡孔尺寸小、泡沫体强度高的酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料，预期在材料减重、降低应用成本上大有作为。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种酚酞基聚芳醚酮(简称PEK-C)结构泡沫材料的制备方法，在超临界模压机作用下，利用超临界流体对酚酞基聚芳醚酮(简称PEK-C)原胚进行渗透、溶胀，达到扩散平衡，形成聚合物-超临界流体均相溶液；然后通过体系内压力的突然释放，使聚合物-超临界流体均相溶液体系过饱和，从而形成大量气核，体系内溶解的气体扩散进入气核使气核继续生长，最后形成孔径均一、孔密度可以调节的结构泡沫。本专利技术制备的酚酞基聚芳醚酮(简称PEK-C)结构泡沫材料使用温度可在150℃以上，满足相关领域的发展需要。本专利技术是通过以下技术方案实现上述目的的，一种酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：1)将酚酞基聚芳醚酮树脂经过高温硫化机模压成型，制成厚度为3-10mm的原胚；2)将原胚放在预先升高温度的模压机腔内，充入超临界流体，进行渗透、溶胀；3)通过控制体系压力的变化，引发成核、发泡，形成闭孔结构的酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料。优选的，上述步骤1)所述的酚酞基聚芳醚酮树脂为无定形结构，具有式(1)结构：其中，1≤t≤5；X、n为正整数，y为非负整数；所述酚酞基聚芳醚酮树脂失重5％的温度在400℃以上，失重10％的温度在500℃以上。优选的，上述步骤1)所选用的酚酞基聚芳醚酮树脂粘度在0.4-1.2dl/g之间(树脂粘度在25℃下的0.5％CHCL3溶液中测得)，最优选的粘度在0.6-0.9dl/g之间，树脂为无定型结构；优选的，步骤1)所选用的酚酞基聚芳醚酮树脂玻璃化转变温度在208-230℃。优选的，上述步骤1)中所述的高温硫化机模压成型工艺为在200-230℃预热，0.1-2MPa面压力作用下，压实排气，时间为10min；从230℃缓慢升温至280℃，升温时间20min，保持面压力2-3MPa；然后在280-295℃模压成型，模压压力4.5-6MPa，模压时间30-45min；最后经过冷却脱模，制成厚度为3-10mm的原胚。酚酞基聚芳醚酮树脂流动性差，采用本专利技术模压成型工艺可以有效减少原胚内部的缺陷，从而使发泡体减少鼓泡、分层、塌陷等缺陷。优选的，上述步骤2)模压机腔内温度为230-265℃，超临界流体为超临界CO2，超临界流体压力为7.5-15MPa，溶胀渗透时间为30-180min。在此超临界条件下，酚酞基聚芳醚酮树脂得到充分溶胀，达到饱和状态，再增加压力或者延长时间，对发泡效果影响不大；兼顾能耗和效率，优选此工艺为发泡条件。优选的，上述步骤3)体系压力的变化范围15MPa至0，压力的变化速率为75-150MPa/s。在此泄压速率下，气泡成核速度快，泡孔生长时间短，可以制得孔径在30-200μm的泡沫制品，材料的机械性能最佳。上述步骤的实施方法，制得酚酞基聚芳醚酮结构泡沫的发泡倍率为9～20倍，厚度在9-45mm之间，孔径在30-200μm之间。与现有技术相比，本专利技术制得的酚酞基聚芳醚酮(简称PEK-C)结构泡沫材料具有以下优点：1)PEK-C结构泡沫具有轻质高强，耐高低温，可以在-50℃-200℃下长期使用，特别适合于航空航天、军工国防等领域；2)PEK-C结构泡沫自阻燃、隔音隔热、不吸水等特性，可适用于舰船及发动机周边；3)PEK-C结构泡沫轻质高强、具有抗高温蠕变特性，特别适合于飞机工业使用。附图说明图1为实施例1的样品切面扫描电镜照片，从电镜照片上可以看出，孔径在20-50μm之间、孔密度在108-1012cells/cm3之间。图2为实施例3的样品切面扫描电镜照片，从电镜照片上可以看出，孔径在80-120μm之间、孔密度在106-108cells/cm3之间。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。实施例1首先，选用长春应化所酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)树脂粘度0.87dl/g(0.5％CHCL3，25℃)，树脂为无定型结构，玻璃化转变温度在208-230℃之间，树脂状态为80目粉末，在高温硫化机上模压成型，制成欲发泡原胚。模压成型工艺为：1)在200-230℃预热，0.1-2MPa面压力作用下，压实排气，时间为10min；2)从230℃缓慢升温至280℃，升温时间20min，保持面压力2-3MPa；3)最后在280-295℃模压成型，模压压力4.5-6MPa，模压时间30-45min；4)最后经过冷却脱模，制成厚度在3-10mm之间的原胚。然后，将预制的PEK-C欲发泡胚板(200×200×10mm)置于模压机发泡腔内，置换发泡腔中的氧气，再充入高压气体CO2。模压机温度恒定在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将酚酞基聚芳醚酮树脂经过高温硫化机模压成型，制成厚度为3‑10mm的原胚；2)将原胚放在预先升高温度的模压机腔内，充入超临界流体，进行渗透、溶胀；3)通过控制体系压力的变化，引发成核、发泡，形成闭孔结构的酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料。

【技术特征摘要】
1.一种酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将酚酞基聚芳醚酮树脂经过高温硫化机模压成型，制成厚度为3-10mm的原胚；2)将原胚放在预先升高温度的模压机腔内，充入超临界流体，进行渗透、溶胀；3)通过控制体系压力的变化，引发成核、发泡，形成闭孔结构的酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料。2.根据权利要求1所述的酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的酚酞基聚芳醚酮树脂为无定形结构，具有式(1)结构：其中，1≤t≤5；X、n为正整数，y为非负整数；所述酚酞基聚芳醚酮树脂失重5％的温度在400℃以上，失重10％的温度在500℃以上。3.根据权利要求1或2所述的酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所所述的酚酞基聚芳醚酮树脂粘度为0.4-1.2dl/g。4.根据权利要求1或2所述的酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的酚酞基聚芳醚酮树脂粘度为0.6-0.9dl/g。5.根据权利要求1或2所述的酚酞基聚芳醚酮结构泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所选用的酚酞基聚芳醚酮树脂玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：李巍，徐强，于民栋，
申请(专利权)人：常州天晟新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32