【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天整流罩的材料领域，涉及一种泡沫材料，具体涉及一种航天新型泡沫整流罩材料及其制备方法，即为改性氧化石墨烯化学键增强聚苯乙烯泡沫材料及其制备方法。
技术介绍
1、整流罩用于保护卫星及其它有效载荷，以防止卫星受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响，是运载火箭的重要组成部分。国内有很多关于航天整流罩材料的专利技术专利，例如：一种碳纤维复合材料整流罩、成型模具及其成型方法(202011640658.0)、一种复材一体成型旋抛整流罩结构(202110951957.4)、一种分瓣式悬抛整流罩结构(202011226764.4)，这些整流罩都是复材结构或蜂窝夹芯结构，这样做的目的是使整流罩轻质从而给火箭减重来增加有效载荷，但上述减轻方式有限。
2、聚合物泡沫作为一种轻质材料，特别是聚苯乙烯泡沫材料，目前在各个行业都已经得到了广泛地应用，但是在航天领域整流罩中还没有得到实际应用，这主要是因为实际中绝大多数聚合物泡沫的强度是在0.1-0.4mpa，其强度和刚度都无法满足整流罩分离时的基本力学性能要求。
3、另一方面石墨烯及其相关衍生产品都具有非常好的力学性能，特别是氧化石墨烯，不但具有非常好的力学性能还具有非常好的反应活性；目前为止，有很多氧化石墨增强聚苯乙烯复合泡沫材料，但是，这类复合材料通常是采用共混生产，例如：一种氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法(202011268223.8)、一种石墨烯-发泡聚苯乙烯复合材料及其制备方法(201810702703.7)、聚苯乙烯-2-乙烯基萘-还原氧化石
4、因此亟需另一种高强度的新型泡沫材料以满足航天整流罩的轻质高强的要求，为航天新型整流罩材料的选择与发展提供新的方向。
技术实现思路
1、基于
技术介绍
中的内容，本专利技术提供了一种航天新型泡沫整流罩材料及其制备方法。
2、一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1.改性氧化石墨烯的制备：将鳞片石墨和磨球一起放入球磨罐中，用密封盖通过爆炸螺栓对球磨罐进行密封；然后通过阀门向球磨罐内注入超临界二氧化碳，所述超临界二氧化碳的温度为40-100℃，压力为7.5-9.5mpa；
4、启动球磨罐进行球磨，球磨结束后迅速将球磨罐放置在密闭的空间内，具体可在球磨罐的外部设置2m3的收集罐，启动爆炸螺栓瞬间释放球磨罐内超临界二氧化碳的压力，球磨过程扩散到鳞片石墨的石墨片层间的二氧化碳瞬间膨胀使得石墨片层剥离，形成所需要的改性氧化石墨烯。
5、在该过程中，鳞片石墨的石墨片层间距约为0.34纳米，超临界二氧化碳的二氧化碳分子动力学直径为0.33纳米，使得二氧化碳分子能够进入石墨片层的间隙内，且高能球磨过程中能产生瞬间6gpa左右的冲击能量，借助球磨球在高速撞击过程中的冲击能，使得本身就具有非常好扩散性的二氧化碳分子扩散到石墨片层的间隙内，再加上超临界二氧化碳具有非常好的氧化性能，能将石墨片层边缘的孤立碳原子氧化成含氧官能团。
6、s2.改性氧化石墨烯化学键增强聚苯乙烯微球的制备：先在反应釜中添加去离子水并升温到80℃以上，具体为90℃，同时添加分散剂和成核剂并搅拌形成苯乙烯悬浮聚合所需的反应体系，
7、在反应前将十二烷基硫醇和s1步骤得到的改性氧化石墨烯一起添加到苯乙烯中，所述十二烷基硫醇的加入量为苯乙烯质量的2.0％-3.5％，所述改性氧化石墨烯的加入量为苯乙烯质量的4.0％-6.0％，机械搅拌使得改性氧化石墨烯和十二烷基硫醇完全分散在苯乙烯中，具体的搅拌速度为100-200r/min，搅拌时间为20-50min，搅拌后随即将它们添加到上述的反应体系中，添加过氧化苯甲酰促进反应，在反应后期添加发泡剂，最后冷却到室温后过滤即可得到改性氧化石墨烯化学键增强聚苯乙烯微球。
8、在上述反应过程中，苯乙烯聚合时通过十二烷基硫醇实现苯乙烯自由基向改性氧化石墨烯链转移，即苯乙烯自由基向改性氧化石墨烯表面的活性点进行链转移，进而实现该改性氧化石墨烯与聚苯乙烯分子之间形成化学键结合，这将显著提高聚苯乙烯的力学性能。
9、s3.改性氧化石墨烯化学键增强聚苯乙烯泡沫材料的制备：采用两步法发泡工艺，第一步将s2步骤得到的改性氧化石墨烯化学键增强聚苯乙烯微球与高温水蒸气接触预发泡成小球，使其迅速胀大到5-10倍后备用，第二步根据最终需要的材料密度45kg/m3称重，将预先发泡后的小球放入到模具中，再次通入3.0-4.5mpa温度为110-130℃的高温高压水蒸气，使得小球表面熔融而粘接在一起，最终泡沫的强度也与水蒸气的压力有一定关系，常规聚苯乙烯泡沫的水蒸气成型压力为0.8-1mpa，而当前专利技术中，因改性氧化石墨烯的增强作用，常规压力无法形成高质量的泡沫材料产品，经过摸索采用3.0-4.5mpa水蒸气压力进行成型，成型后冷却至室温制得改性氧化石墨烯化学键增强聚苯乙烯泡沫材料，即为本申请所述的一种航天新型泡沫整流罩材料。
10、在该材料中改性氧化石墨烯能够起到“钉锚”和“增韧”作用，使其拉伸、弯曲、压缩强度都超过1.5mpa，并且弯曲模量超过50mpa，具有良好的回弹性，综合性能完全满足航天整流罩用的结构材料要求。
11、优选地、s1步骤中，所述球磨罐的体积为200-300cm3，鳞片石墨的总重量为10-25g，所述磨球具体为刚玉磨球，磨球的直径2-10mm，磨球的总重量为50-75g。
12、优选地、s1步骤中，球磨罐的球磨转速为400-600r/min，球磨时间为40-60min。
13、优选地、s2步骤中，所述分散剂为离子型分散剂，为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、三乙醇胺中的一种，分散剂的加入量为苯乙烯质量的1％-5％。
14、优选地、s2步骤中，所述成核剂为二氧化钛或二氧化硅颗粒，成核剂的粒径为4-7μm左右，成核剂的加入量为苯乙烯质量的0.5％-3.5％。
15、优选地、s2步骤中，所述过氧化苯甲酰的加入量为苯乙烯质量的0.2％-1.0％。
16、优选地、s2步骤中，所述发泡剂为戊烷，戊烷发泡剂的加入量为苯乙烯质量的3％-5％。
17、提供的航天新型泡沫整流罩材料，是一种由上述方法制得的改性氧化石墨烯化学键增强聚苯乙烯泡沫材料，其密度为40-50kg/m3，其拉伸强度、弯曲强度和压缩强度均＞1.5mpa，弯曲模量＞50mpa。
18、通过以上技术方案，本专利技术至少包括以下有益效果：
19、在当前专利技术中，创新性地首次通过高能球磨的方式结合超临界二氧化碳对鳞片石墨的扩散氧化膨胀处理来制备改性氧化石墨烯，然后通过链转本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于：S1步骤中，所述球磨罐的体积为200-300cm3，鳞片石墨的总重量为10-25g，所述磨球具体为刚玉磨球，磨球的直径2-10mm，磨球的总重量为50-75g。
3.根据权利要求1或2所述的一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于：S1步骤中，球磨罐的球磨转速为400-600r/min，球磨时间为40-60min。
4.根据权利要求1所述的一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于：S2步骤中，所述分散剂为离子型分散剂，为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、三乙醇胺中的一种，分散剂的加入量为苯乙烯质量的1％-5％。
5.根据权利要求1或4所述的一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于：S2步骤中，所述成核剂为二氧化钛或二氧化硅颗粒，成核剂的粒径为4-7μm左右，成核剂的加入量为苯乙烯质量的0.5％-3.5％。
6.根据权利要求1所述的一种航天新型泡
7.根据权利要求1所述的一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于：S2步骤中，所述发泡剂为戊烷，戊烷发泡剂的加入量为苯乙烯质量的3％-5％。
8.一种航天新型泡沫整流罩材料，其特征在于：是一种由权利要求1-7任一项方法制得的改性氧化石墨烯化学键增强聚苯乙烯泡沫材料，其密度为40-50kg/m3，其拉伸强度、弯曲强度和压缩强度均＞1.5MPa，弯曲模量＞50MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于：s1步骤中，所述球磨罐的体积为200-300cm3，鳞片石墨的总重量为10-25g，所述磨球具体为刚玉磨球，磨球的直径2-10mm，磨球的总重量为50-75g。
3.根据权利要求1或2所述的一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于：s1步骤中，球磨罐的球磨转速为400-600r/min，球磨时间为40-60min。
4.根据权利要求1所述的一种航天新型泡沫整流罩材料的制备方法，其特征在于：s2步骤中，所述分散剂为离子型分散剂，为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、三乙醇胺中的一种，分散剂的加入量为苯乙烯质量的1％-5％。
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王智，王鲲鹏，华浩，唐杰，彭聪，
申请(专利权)人：江阴天田容器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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