一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料及其制备方法和应用，该PMI泡沫是由丙烯腈单体、丙烯酸单体、第三单体和阻燃剂在内的原料组成，该泡沫材料利用原料间各组分的协同作用，在保证材料具有优异的力学强度的同时还大幅提高材料的阻燃性和吸波性。该泡沫材料采用一锅法制备工艺，通过对反应温度和时间的调控来控制材料的合成进度，充分保证了材料的均一性。该泡沫材料具有低质高强、阻燃性能好和宽频吸波能力，可作为飞行器吸波复合材料夹心层，在隐身飞行器领域具有广泛的应用价值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料及其制备方法和应用

技术介绍

[0001]聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫最早是德国罗姆公司开发，并以Rohacell系列产品为我们熟知。PMI泡沫作为一种各向同性的闭孔型硬质泡沫，具有高力学性能、低密度、抗高温蠕变性优异等特点，并逐渐被确认为最为优秀的泡沫芯材，广泛应用于航空、航天、车体制造、船舶、风机叶片、运动器材、医疗器械等领域。
[0002]近些年来，我国对结构吸波泡沫的研究主要集中于聚氨酷等硬质泡沫，而对高性能PMI工泡沫吸波性能研究的公开报道较少。根据文献报道，专利CN101740143公布了一种由非晶短纤维和绝缘材料组成的电磁波吸收材料；专利CN102529229通过添加二氧化锰和石墨制备了一种吸波PMI泡沫；专利CN103923337公布了一种通过粘接剂将吸波剂和含吸波剂的可发性PMI树脂颗粒等混合后发泡制得PMI泡沫；西北工业大学张广成教授课题组利用树脂增粘技术，将导电炭黑加入单体混合液中，采用二步法制备吸波PMI泡沫；CN 106939110B报道了利用磁化碳纤维和四针氧化锌晶须制备宽频吸波PMI泡沫。然而，上述这些方法普遍存在一个或多个缺点，例如吸波性能比较窄，分散均匀性差，耐热性和耐热性差以及添加量多导致力学性能明显降低。
[0003]于此同时，PMI泡沫凭借着其优异的力学性能和二次加工性能，在航天、航空等许多高
具有重要的地位和巨大的商业价值。然而，PMI泡沫本身易燃，一旦发生火灾就会产生有毒气体，且高分子材料燃烧时产生的热量大、温度高、燃烧速度快，容易造成不完全燃烧而产生大量黑烟，这些都给消防、逃难、救生等工作带来困难。近年来，阻燃型PMI泡沫也陆续报道出来：张翠、范晓庆等人通过向反应体系中加入聚磷酸铵(APP)使泡沫具备良好的阻燃性能；然而，APP的加入导致体系由于沉降作用得到的预聚体呈现不均匀状态；此外，泡沫的力学性能和和耐热性能都有不同程度的下降；黄小忠课题组通过将无机粉体磷系阻燃剂与有机液体阻燃剂复配制备出阻燃性能优异的PMI泡沫；杨士勇等人通过引入磷
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硅化合物也实现了对PMI的阻燃改性；然而，阻燃剂的加入不可避免的对泡沫的力学和耐热性能造成损伤；徐文生等人通过添加苯氧基低聚磷腈衍生物制备出一种高强度、耐热型阻燃聚(甲基)丙烯酚亚胺泡沫，美中不足的是，该阻燃剂类型结构复杂，商业化成本高；此外，杨洋、陈挺等人通过引入卤素基团也实现阻燃改性，然而其弊端也显而易见。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，该泡沫材料基于原料间各组分的协同作用，大幅提高材料的阻燃性和吸波性，其中，采用的N
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改性磷系阻燃剂不仅具有优异的阻燃性能，还保证了泡沫本体具有优异的力学性能，有效解决了泡沫材料提升阻燃性时导致力学强度降低的问题。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法，该制备方法采用一锅法制备工艺，通过控制反应的温度和时间来控制材料的制备进度，该方法操作简单，自动化程度高，成本低廉，便于大规模工业化生产。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的应用，用
于制备飞行器蒙皮材料。该泡沫材料不仅具有高力学性能、低密度和抗高温蠕变性优异等特点，还具有了优异的阻燃性能和宽频吸波性能，可为飞行器提供良好的隐身性能。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，由包括以下质量份组分在内的原料通过聚合和发泡得到：
[0008][0009][0010]本专利技术基于原料间各组分的协同作用，不仅具有优异的阻燃性能，还保证了泡沫本体具有优异的力学性能，且该泡沫材料各相分散均匀，不易发生沉积，保证了材料各部位性质的均一性，进一步提升了泡沫材料的力学强度和耐热性。
[0011]作为一项优选的方案，所述的一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，包括以下质量比的原料组分：
[0012][0013]通过对聚合周期、泡沫利用率及泡沫性能进一步优选，所述的一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，包括以下质量比的原料组分：
[0014][0015]作为一项优选的方案，所述丙烯腈单体为丙烯腈和/或甲基丙烯腈。
[0016]作为一项优选的方案，所述丙烯酸单体为丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
[0017]作为一项优选的方案，所述阻燃剂为N
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改性磷系阻燃剂。此阻燃剂主要成分为磷系阻燃剂，该材料来源广泛，廉价易得；该阻燃剂具有较好的阻燃效果，但对泡沫的力学性能影响较大；通过向磷系阻燃剂体系引入不饱和氮化物进行氨化改性，不仅增强该阻燃剂阻燃效果，并且明显提升其力学性能。该阻燃剂一方面由于磷系阻燃剂受热分解产生的强酸促进高分子材料脱水炭化，形成不易燃烧的碳层；另一方面，还可在受热分解产生的
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NH等基团与材料中的H结合，形成不燃物，抑制材料的热分解，从而进一步提升其阻燃能力。此外，不饱和氮化物的引入一定程度地加强了体系的交联作用，不仅提升了泡沫强度，同时增强了燃烧物表面的成炭效果，从而提升其阻燃性能。
[0018]作为一项优选的方案，所述第三单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、衣康酸、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
[0019]作为一项优选的方案，所述吸波剂为碳纤维、碳化硅纤维和磁性碳纤维中的至少一种。
[0020]作为一项优选的方案，所述增稠剂选自聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚甲基丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
[0021]作为一项优选的方案，所述发泡剂选自乙醇、丙醇、异丙醇、水、丁醇、叔丁醇、戊醇和异戊醇中的至少一种。
[0022]作为一项优选的方案，所述成核剂为碳酰胺、甲酰胺、甲基丙烯酰胺、N
‑
甲基甲酰胺、N、N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0023]作为一项优选的方案，所述引发剂为过氧化十二酰基(LPO)、偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二异庚腈(ABVN)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过氧二甲酸
‑4‑
(1，1
‑
二甲乙基)环己二酯(BCHPC)、过氧化特戊酸叔丁酯(TBPV)，过氧化二叔丁基(DTBP)、过氧化2
‑
乙基己酸叔丁酯(TBPO)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、(4
‑
叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯(BCHPC)中的至少一种。
[0024]作为一项优选的方案，所述交联剂为丙烯酸烯丙基酯、甲基丙烯酸烯丙基酯、甲基
丙烯酸镁、甲基丙烯酸锌中的至少一种。
[0025]本专利技术还提供了一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法，将包含丙烯腈单体、丙烯酸单体、第三单体、阻燃剂、吸波剂、增稠剂、发泡剂、成核剂、引发剂和交联剂在内的原料混合均匀，得均相溶液；将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，其特征在于，由包括以下质量份组分在内的原料通过聚合和发泡得到：2.根据权利要求1所述的一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，其特征在于：所述丙烯腈单体为丙烯腈和/或甲基丙烯腈；所述丙烯酸单体为丙烯酸和/或甲基丙烯酸。3.根据权利要求1所述的一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，其特征在于：所述阻燃剂为N
‑
改性磷系阻燃剂；所述第三单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、衣康酸、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，其特征在于：所述吸波剂为碳纤维、碳化硅纤维和磁性碳纤维中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，其特征在于：所述增稠剂选自聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚甲基丙烯腈、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；所述发泡剂选自乙醇、丙醇、异丙醇、水、丁醇、叔丁醇、戊醇和异戊醇中的至少一种。6.根据权利要求1所述的一种多功能聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，其特征在于：所述成核剂为碳酰胺、甲酰胺、甲基丙烯酰胺、N
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甲基甲酰胺和N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种；所述引发剂为过氧化十二酰基、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧二甲酸
‑4‑
(1，1

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小忠，杨顺铭，鲁先孝，袁杰，
申请(专利权)人：湖南博翔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：