一種碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料及其制備方法，所述泡沫材料由聚酰亞胺前聚體粉末與碳纖維蜂窩材料反應(yīng)而得，所述聚酰亞胺前聚體粉末的制備方法是：由BTDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)1.5~2.5h制得3,3’,4,4’?二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液，由BPDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)10~11h制得3,3’,4,4’?聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液，將所得3,3’,4,4’?二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液和所得3,3’,4,4’?聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液混合，加入MDA，室溫下攪拌0.5~1h，加入勻泡劑，繼續(xù)攪拌0.5~3h，制得聚酰亞胺前聚體溶液，將所得聚酰亞胺前聚體溶液干燥即得聚酰亞胺前聚體粉末；其中BTDA與BPDA摩爾比為6~8∶2~4。本發(fā)明的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料泡孔均勻，具有很高的力學(xué)性能，且生產(chǎn)成本低。
【專利說明】
一種碳纖維蜂窩増強(qiáng)聚酰亞胺泡沬材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種改性聚酰亞胺泡沫材料及其制備方法，尤其是涉及一種碳纖維蜂 窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚酰亞胺是一類綜合性能優(yōu)異的耐熱高分子材料，不僅具有很高的熱性能、機(jī)械 性能和化學(xué)穩(wěn)定性，還具有較低的介電常數(shù)和熱膨脹系數(shù)。聚酰亞胺泡沫材料不僅具有泡 沫材料重量輕、密度低的特點(diǎn)，而且還具有聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫和聚苯乙烯泡沫等無可 比擬的耐熱性、阻燃性及尺寸穩(wěn)定性，在航空航天領(lǐng)域收到高度重視，并且被用作各種飛行 器的隔熱隔聲材料。但是，聚酰亞胺泡沫材料生產(chǎn)成本高，泡沫均勻性難以控制，限制了聚 酰亞胺泡沫材料的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是提供一種碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料及其制備方法，以 解決聚酰亞胺泡沫材料生產(chǎn)成本高、力學(xué)性能差的問題。
[0004] 本發(fā)明的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料由聚酰亞胺前聚體粉末與碳纖維蜂 窩材料反應(yīng)而得，所述聚酰亞胺前聚體粉末的制備方法是：由3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸 二酐和甲醇按質(zhì)量比1:4在回流狀態(tài)下反應(yīng)1.5~2.5h制得3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲 酯溶液；由3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二酐和甲醇按質(zhì)量比1:4在回流狀態(tài)下反應(yīng)10~llh制得 3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液;將所得3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液和所得 3，3 '，4，4 聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液混合，加入二氨基二苯基甲烷，室溫下攪拌0.5~lh，加入 勻泡劑，繼續(xù)攪拌0.5~3h，制得聚酰亞胺前聚體溶液，將所得聚酰亞胺前聚體溶液干燥即得 聚酰亞胺前聚體粉末;其中3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二酐與3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二酐 的摩爾比為6~8:2~4，其制備流程如圖1所示。
[0005] 優(yōu)選地，所述BTDA與BPDA的摩爾比為6~7: 3~4。更優(yōu)選地，所述BTDA與BPDA的摩爾 比為7:3。
[0006] 優(yōu)選地，所述MDA的摩爾用量為BTDA和BPDA的摩爾用量之和。
[0007] 優(yōu)選地，所述勻泡劑的加入量為BTDA、BPDA和MDA的質(zhì)量之和的0.5~1.0%。
[0008] 所述勻泡劑為硅油、硅酮乙二醇共聚物和聚硅氧烷-聚醚共聚物中的至少一種，具 體地，勻泡劑為TN-3038、DC-193、AK-8805中的至少一種。
[0009] 所述碳纖維蜂窩材料的制備方法包括以下步驟： a、 將裁剪好的碳纖維布浸在粘結(jié)劑中進(jìn)行浸膠處理，將浸膠處理后的碳纖維布烘干， 得碳纖維預(yù)浸料； b、 將碳纖維預(yù)浸料鋪疊在模具中，所述模具包括半六邊形模具和用于形成蜂窩孔的六 棱柱芯模，所述六棱柱芯模的端面為正六邊形，所述半六邊形模具是在上表面設(shè)有若干條 狀凸棱，所述凸棱的形狀大小與將所述六棱柱芯模沿其相對(duì)的兩條棱所在平面截開所形成 的半六棱柱芯模的形狀大小相同，相鄰兩條所述凸棱之間形成嵌設(shè)所述半六棱柱芯模的凹 槽； 鋪疊時(shí)，先在所述半六邊形模具上鋪上第一層碳纖維預(yù)浸料，在與所述第一層碳纖維 預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的每個(gè)凹陷部分別放入六棱柱芯模，然后在各六棱柱芯模上方鋪上第二層碳纖 維預(yù)浸料，再在與第二層碳纖維預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的每個(gè)凹陷部放入六棱柱芯模，然后在各六棱 柱芯模上鋪上第三層碳纖維預(yù)浸料，以此類推，直到最頂層碳纖維預(yù)浸料鋪好，鋪疊完畢； C、將上述鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料和模具整體放入熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓，熱壓結(jié)束后，待 溫度降至室溫，脫模，即得到碳纖維蜂窩材料。
[0010] 所述碳纖維蜂窩材料的含碳量在90%以上，所述碳纖維蜂窩材料的高度為5.0~ 10.0cm，所述碳纖維蜂窩材料的孔徑尺寸為9.6~12.8mm。
[0011] 聚酰亞胺前聚體粉末與碳纖維蜂窩材料按質(zhì)量比為3~10:1，優(yōu)選為3~5:1。
[0012] 所述碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的密度是30~60kg/m3,所述碳纖維蜂窩增 強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為2.0~2.5MPa，L方向剪切強(qiáng)度為2.8~3. OMPa，W 方向剪切強(qiáng)度為1.5~2.OMPa，熱導(dǎo)率為0.020~0.050WAm.k)。L方向表示所得泡沫材料的 縱向，W方向表示其橫向。
[0013] 本發(fā)明的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料泡孔均勻，隔熱性、耐熱性、吸聲性和 阻燃性均良好，具有很高的力學(xué)性能，可在300°C下長期使用，尤其適合于對(duì)耐高低溫、耐 壓、隔熱和吸聲有需求的部件。更重要的是，本發(fā)明大大降低了碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡 沫材料的生產(chǎn)成本，為其推廣應(yīng)用提供了條件。
[0014] 本發(fā)明所使用的碳纖維蜂窩材料采用一步法制備而成，碳纖維蜂窩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 好、強(qiáng)度高，在發(fā)泡過程中不會(huì)被發(fā)泡膨脹所破壞，從而顯著增強(qiáng)泡沫材料的力學(xué)強(qiáng)度。
[0015] 本發(fā)明提供的制備碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的方法，包括以下步驟： 將碳纖維蜂窩材料放入模具中，將聚酰亞胺前聚體粉末均勻地填充在碳纖維蜂窩材料 中，再將模具放入烘箱內(nèi)，在1〇〇~150°C下，發(fā)泡1.0~1.5h;然后將模具放入電阻爐中，在200 °C保溫0.5~lh后，升溫至300°C，保溫0.5~1. Oh，即得到碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料。
[0016] 本發(fā)明方法步驟極其簡單，操作非常方便，不僅提高了生產(chǎn)效率，還大大降低了生 產(chǎn)成本。本發(fā)明方法是先將聚酰亞胺前聚體粉末均勻地填充在碳纖維蜂窩中，再一并放入 烘箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡反應(yīng)，從而使得發(fā)泡更加均勻，泡沫材料與蜂窩材料相互增強(qiáng)效果更加明 顯。
【附圖說明】
[0017] 圖1是聚酰亞胺前聚體粉末的制備流程圖。
[0018] 圖2是碳纖維蜂窩材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3是半六邊形模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4是碳纖維預(yù)浸料的鋪疊過程示意圖。
[0021 ]圖5是鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是實(shí)施例4所得產(chǎn)品的掃描電鏡圖像。
[0023] 圖7是對(duì)比例1所得產(chǎn)品的掃描電鏡圖像。
[0024] 圖3、4、5中：1、半六邊形模具，2、六棱柱芯模，3、碳纖維預(yù)浸料。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在以下的實(shí)施例中，未詳細(xì)描述的各種過程和方法是本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方法， 所用試劑未表明來源、規(guī)格的均為市售分析純或化學(xué)純。
[0026]實(shí)施例1:碳纖維蜂窩材料的制備。
[0027]本發(fā)明所用的碳纖維蜂窩材料是將碳纖維預(yù)浸料鋪疊在模具中一次熱壓而成，其 結(jié)構(gòu)如圖2所示。所用模具包括半六邊形模具1和用以形成蜂窩孔的六棱柱芯模2,如圖3和 圖4所示。六棱柱芯模2是端面呈正六邊形的棱柱，其材質(zhì)為鋁合金或不銹鋼。半六邊形模具 1是在其上表面上設(shè)有若干相同的條狀凸棱，凸棱的端面呈梯形，以六棱柱芯模2的兩條相 對(duì)的棱所在平面將六棱柱芯模2截成相同的兩部分，稱其為半六棱柱，凸棱的形狀、大小均 與半六棱柱相同。相鄰兩條凸棱之間形成凹槽，凹槽與半六棱柱相匹配，用于嵌設(shè)六棱柱芯 模2的下半部分。
[0028]具體制備方法為： 將碳纖維布裁剪成長40cm，寬10cm的碳纖維布條;將碳纖維布條浸在聚酰胺酸粘結(jié)劑 中進(jìn)行浸膠處理，保持15min，然后將其取出，放入烘箱中，100°C下烘干，得碳纖維預(yù)浸料。 [0029]如圖4所示，在半六邊形模具1上鋪上第一層碳纖維預(yù)浸料，并使碳纖維預(yù)浸料與 半六邊形模具1的上表面貼緊，使第一層碳纖維預(yù)浸料隨著半六邊形模具1上的凸棱與凹槽 的分布而凸起或凹陷； 在第一層碳纖維預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的的各個(gè)凹陷部位分別放入六棱柱芯模2,并使六棱柱芯 模2的下部的三個(gè)面分別與第一層碳纖維預(yù)浸料貼緊； 然后在六棱柱芯模2的上方鋪設(shè)第二層碳纖維預(yù)浸料，并使第二層碳纖維預(yù)浸料與六 棱柱芯模2上半部分的三個(gè)面分別貼緊，此時(shí)第二層碳纖維預(yù)浸料的凹陷部與第一層碳纖 維預(yù)浸料的凸起部貼緊； 然后再在第二層碳纖維預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的各凹陷部位分別放入六棱柱芯模2，以此類推，直 到最頂層的碳纖維預(yù)浸料鋪設(shè)好，即完成碳纖維預(yù)浸料的鋪疊，鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料結(jié) 構(gòu)如圖5所示。
[0030] 將鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料與模具整體放入熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓，熱壓條件為:溫度 為200°C，壓強(qiáng)為0.5MPa，保溫時(shí)間為l.Oh。熱壓結(jié)束后，待溫度降至室溫，脫模，即得到碳纖 維蜂窩。
[0031] 實(shí)施例2:碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的制備。
[0032] 聚酰亞胺前聚體粉末的制備:8104與8?0六摩爾之比為6:4。
[0033]將120g甲醇加入到帶有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中，攪拌條件下 加熱至甲醇開始出現(xiàn)回流，緩慢加入30gBTDA，使BTDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)1.5h，體系 由懸浮液逐漸變成透明的淺黃色溶液，即得到3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液。 [0034]將73.04g甲醇加入到帶有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中，攪拌條件 下加熱至甲醇開始出現(xiàn)回流，緩慢加入18.26gBPDA，使BPDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng) 10.〇h，體系由懸浮液逐漸變成透明的淺黃色溶液，即得到3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶 液。
[0035]將所得3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液和所得3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二 甲酯溶液混合，并向混合液中加入30.77gMDA，攪拌40min，得聚酰胺酯溶液，向溶液中加入 0.40gTN-3038勻泡劑，攪拌2~3h。再將加有勻泡劑的聚酰亞胺溶液在80°C下進(jìn)行干燥，即得 到聚酰亞胺前聚體粉末。
[0036]發(fā)泡及后處理： 將10g高度為5cm、邊長為1.5cm、蜂窩孔徑尺寸為12.8cm的正六邊形碳纖維蜂窩放入模 具中，稱取50g聚酰亞胺前聚體粉末，并將其均勻地填充到模具中的碳纖維蜂窩中，再將模 具放入烘箱中，120°C下發(fā)泡lh。然后將模具取出放入高溫電阻爐中，在200°C保持0.5h，隨 后將溫度調(diào)至300°C，保溫0.5h，即得到碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料。
[0037]所得泡沫材料密度為33kg/m3,50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為2.0MPa，L方向剪切強(qiáng)度為 2.83MPa，W方向剪切強(qiáng)度為1.55MPa，熱導(dǎo)率為0.048W/(m. k)。
[0038]實(shí)施例3:碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的制備。
[0039] 聚酰亞胺前聚體粉末的制備:BTDA與BPDA摩爾之比為2:1。
[0040]將80g甲醇加入到帶有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中，攪拌條件下加 熱至甲醇開始出現(xiàn)回流，緩慢加入20gBTDA，使BTDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)1.5h，體系由 懸浮液逐漸變成透明的淺黃色溶液，即得到3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液。
[0041]將36.5g甲醇加入到帶有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中，攪拌條件下 加熱至甲醇開始出現(xiàn)回流，緩慢加入9.13gBPDA，使BPDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)10.0 h，體 系由懸浮液逐漸變成透明的淺黃色溶液，即得到3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液。
[0042]將所得3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液與所得3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二 甲酯溶液混合，并向混合液中加入18.46gMDA，攪拌40min，得聚酰胺酯溶液，向溶液中加入 0.24gTN-3038勻泡劑，攪拌2~3h。再將加有勻泡劑的聚酰亞胺溶液在100°C下進(jìn)行干燥，即 得到聚酰亞胺前聚體粉末。
[0043]發(fā)泡及后處理： 將10g高度為5cm、邊長為1.5cm、蜂窩孔徑尺寸為12.8cm的正六邊形的碳纖維蜂窩放入 模具中，稱取30g聚酰亞胺前聚體粉末，并將其均勻地填充到模具中的碳纖維蜂窩中，再將 模具放入烘箱中，120°C下發(fā)泡lh。然后將模具取出放入高溫電阻爐中，在200 °C保持0.5h， 隨后將溫度調(diào)至300°C，保溫0.5h，即得到碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料。
[0044]所得泡沫材料密度為35kg/m3,50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為2.2MPa，L方向剪切強(qiáng)度為 2.85MPa，W方向剪切強(qiáng)度為1.6MPa，熱導(dǎo)率為0.040W/(m. k)。
[0045]實(shí)施例4:碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的制備。
[0046] 聚酰亞胺前聚體粉末的制備:BTDA與BPDA摩爾之比為7:3。
[0047]將280g甲醇加入到帶有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中，攪拌條件下 加熱至甲醇開始出現(xiàn)回流，緩慢加入70gBTDA，使BTDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)2h，體系由 懸浮液逐漸變成透明的淺黃色溶液，即得到3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液。
[0048]將109.6g甲醇加入到帶有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中，攪拌條件 下加熱至甲醇開始出現(xiàn)回流，緩慢加入27.4gBPDA，使BPDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)10.0 h， 體系由懸浮液逐漸變成透明的淺黃色溶液，即得到3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液。 [0049]將所得3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液與所得3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二 甲酯溶液混合，并向混合液中加入61.53gMDA，攪拌40min，得聚酰胺酯溶液，向溶液中加入 0.80gTN-3038勻泡劑，攪拌0.5~lh。再將加有勻泡劑的聚酰亞胺溶液在90°C下進(jìn)行干燥，即 得到聚酰亞胺前聚體粉末。
[0050]發(fā)泡及后處理： 將10g高度為5cm、邊長為1.5cm、蜂窩孔徑尺寸為12.8cm的正六邊形的碳纖維蜂窩放入 模具中，稱取40g聚酰亞胺前聚體粉末，并將其均勻地填充到模具中的碳纖維蜂窩中，再將 模具放入烘箱中，130°C下發(fā)泡lh。然后將模具取出放入高溫電阻爐中，在200°C保持1. Oh， 隨后將溫度調(diào)至300°C，保溫l.Oh，即得到碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料。
[0051 ]所得泡沫材料密度為38kg/m3,50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為2.3MPa，L方向剪切強(qiáng)度為 3. OMPa，W方向剪切強(qiáng)度為2. OMPa，熱導(dǎo)率為0.030W/(m. k)。
[0052]對(duì)比例1:碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的制備。
[0053] 聚酰亞胺前聚體粉末的制備:BTDA與BPDA摩爾之比為1: 1。
[0054]將40g甲醇加入到帶有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中，攪拌條件下加 熱至甲醇開始出現(xiàn)回流，緩慢加入1 OgBTDA，使BTDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)1.5h，體系由 懸浮液逐漸變成透明的淺黃色溶液，即得到3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液。
[0055]將36.52g甲醇加入到帶有攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中，攪拌條件 下加熱至甲醇開始出現(xiàn)回流，緩慢加入9.13gBPDA，使BPDA和甲醇在回流狀態(tài)下反應(yīng)10.0 h， 體系由懸浮液逐漸變成透明的淺黃色溶液，即得到3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液。
[0056]將所得3，3 '，4，4 ' -二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液和所得3，3 '，4，4 ' -聯(lián)苯四羧酸二 甲酯溶液混合，并向混合液中加入12.3gMDA，攪拌40min，得聚酰胺酯溶液，向溶液中加入 0.16g TN-3038勻泡劑，攪拌2~3h。再將加有勻泡劑的聚酰亞胺溶液在80°C下進(jìn)行干燥，即 得到聚酰亞胺前聚體粉末。
[0057]發(fā)泡及后處理： 將10g高度為5cm、邊長為1.5cm、蜂窩孔徑尺寸為12.8cm的正六邊形碳纖維蜂窩放入模 具中，稱取40g聚酰亞胺前聚體粉末，并將其均勻地填充到模具中的碳纖維蜂窩中，再將模 具放入烘箱中，120°C下發(fā)泡lh。然后將模具取出放入高溫電阻爐中，在200°C保持0.5h，隨 后將溫度調(diào)至300°C，保溫0.5h，即得到碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料。
[0058]所得泡沫材料密度為30.5kg/m3,50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為1.85MPa，L方向剪切強(qiáng)度 為2.70MPa，W方向剪切強(qiáng)度為1.41MPa，熱導(dǎo)率為0.055WAm. k)。
[0059]對(duì)比例2:碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的制備。
[0060]聚酰亞胺前聚體粉末的制備： 在裝有機(jī)械攪拌器、球形回流冷凝管和溫度計(jì)的三口瓶中加入64g四酸二酐a-BTDA， 72g四酸二酐DSDA，155g低沸點(diǎn)溶劑無水乙醇，在攪拌的條件下加熱回流3小時(shí)，得到芳香 族二酸二酯均相溶液。
[0061] 在裝有電磁攪拌裝置、球形回流冷凝管的單口瓶內(nèi)加入54g反應(yīng)性封端劑NA， 120g低沸點(diǎn)溶劑無水乙醇，在攪拌的條件下加熱3小時(shí)，得到反應(yīng)性封端劑的單酸單酯均相 溶液，冷卻至室溫。
[0062] 將所得反應(yīng)性封端劑的單酸單酯均相溶液加入到所得芳香族二酸二酯的均相溶 液中，并加入60g芳香族二胺m-PDA，0.52g亞胺化促進(jìn)劑異喹啉，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下加熱 回流反應(yīng)15min，得到均相溶液。冷卻至室溫后，加入1.02g聚氧乙烯基醚類非離子型氟碳 表面活性劑ZonylEFS0-100,在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下常溫?cái)嚢?0min，得到聚酰亞胺前驅(qū)體樹 脂的溶液。
[0063]將聚酰亞胺前驅(qū)體樹脂的溶液60°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至粘稠狀后倒入搪瓷盤中，而后放 入烘箱中干燥，粉碎后得到聚酰亞胺前驅(qū)體樹脂固體粉末。
[0064]發(fā)泡及后處理： 將10g高度為5cm、邊長為1.5cm、蜂窩孔徑尺寸為12.8cm的正六邊形的碳纖維蜂窩放入 模具中，稱取40g聚酰亞胺前聚體粉末，并將其均勻地填充到模具中的碳纖維蜂窩中，再將 模具放入烘箱中，130°C下發(fā)泡lh。然后將模具取出放入高溫電阻爐中，在200°C保持1. Oh， 隨后將溫度調(diào)至300°C，保溫l.Oh，即得到碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料。
[0065]所得泡沫材料密度為29.5kg/m3,50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為1.70MPa，L方向剪切強(qiáng)度 為2.50MPa，W方向剪切強(qiáng)度為1.36MPa，熱導(dǎo)率為0.056WAm. k)。
[0066] 實(shí)施例所得產(chǎn)品與對(duì)比例所得產(chǎn)品，結(jié)果見表1、圖6和圖7。
[0067] 表1:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，由聚酰亞胺前聚體粉末與碳纖 維蜂窩材料反應(yīng)而得，所述聚酰亞胺前聚體粉末的制備方法是：由3,3'，4,4'_二苯甲酮四 甲酸二酐和甲醇按質(zhì)量比1:4在回流狀態(tài)下反應(yīng)1.5~2.5h制得3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸 二甲酯溶液；由3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二酐和甲醇按質(zhì)量比1:4在回流狀態(tài)下反應(yīng)10~llh 制得3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液;將所得3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二甲酯溶液和 所得3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二甲酯溶液混合，加入二氨基二苯基甲烷，室溫下攪拌0.5~lh， 加入勻泡劑，繼續(xù)攪拌0.5~3h，制得聚酰亞胺前聚體溶液，將所得聚酰亞胺前聚體溶液干燥 即得聚酰亞胺前聚體粉末;其中3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二酐與3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸 二酐的摩爾比為6~8:2~4。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，所述3,3'，4， 4'-二苯甲酮四甲酸二酐與3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二酐的摩爾比為6~7:3~4。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，所述3,3'，4， 4'-二苯甲酮四甲酸二酐與3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二酐的摩爾比為7:3。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，所述二氨基二 苯基甲烷的摩爾用量為3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二酐和3,3'，4,4'_聯(lián)苯四羧酸二酐的 摩爾用量之和;所述勻泡劑的加入量為3,3'，4,4'_二苯甲酮四甲酸二酐、3,3'，4,4'_聯(lián)苯 四羧酸二酐和二氨基二苯基甲烷的質(zhì)量之和的0.5~1.0%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，所述勻泡劑為 硅油、硅酮乙二醇共聚物和聚硅氧烷-聚醚共聚物中的至少一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，所述碳纖維蜂 窩材料的制備方法包括以下步驟： a、 將裁剪好的碳纖維布浸在粘結(jié)劑中進(jìn)行浸膠處理，將浸膠處理后的碳纖維布烘干， 得碳纖維預(yù)浸料； b、 將碳纖維預(yù)浸料鋪疊在模具中，所述模具包括半六邊形模具和用于形成蜂窩孔的六 棱柱芯模，所述六棱柱芯模的端面為正六邊形，所述半六邊形模具是在上表面設(shè)有若干條 狀凸棱，所述凸棱的形狀大小與將所述六棱柱芯模沿其相對(duì)的兩條棱所在平面截開所形成 的半六棱柱芯模的形狀大小相同，相鄰兩條所述凸棱之間形成嵌設(shè)所述半六棱柱芯模的凹 槽； 鋪疊時(shí)，先在所述半六邊形模具上鋪上第一層碳纖維預(yù)浸料，在與所述第一層碳纖維 預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的每個(gè)凹陷部分別放入六棱柱芯模，然后在各六棱柱芯模上方鋪上第二層碳纖 維預(yù)浸料，再在與第二層碳纖維預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的每個(gè)凹陷部放入六棱柱芯模，然后在各六棱 柱芯模上鋪上第三層碳纖維預(yù)浸料，以此類推，直到最頂層碳纖維預(yù)浸料鋪好，鋪疊完畢； c、 將上述鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料和模具整體放入熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓，熱壓結(jié)束后，待 溫度降至室溫，脫模，即得到碳纖維蜂窩材料。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，所述碳纖維蜂 窩材料的含碳量在90%以上，所述碳纖維蜂窩材料的高度為5.0~10.0cm，所述碳纖維蜂窩材 料的孔徑尺寸為9.6~12.8mm。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，聚酰亞胺前聚 體粉末與碳纖維蜂窩材料的質(zhì)量比為>10:1。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料，其特征是，所述碳纖維蜂 窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的密度是30~60kg/m 3,所述碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的 50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為2.0~2.5MPa，L方向剪切強(qiáng)度為2.8~3 . OMPa，W方向剪切強(qiáng)度為1.5~ 2 · OMPa，熱導(dǎo)率為0 · 02(M) · 050W/(m. k)。10. -種制備權(quán)利要求1~9中任一所述碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫材料的方法，其特 征是，包括以下步驟:將碳纖維蜂窩材料放入模具中，將聚酰亞胺前聚體粉末均勻地填充在 碳纖維蜂窩材料中，再將模具放入烘箱內(nèi)，在100~150°C下，發(fā)泡1.0~1.5h;然后將模具放入 電阻爐中，在200°C保溫0.5~lh后，升溫至300°C，保溫0.5~1.0h，即得到碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚 酰亞胺泡沫材料。
【文檔編號(hào)】C08L83/04GK105820571SQ201610305153
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】肖繼君, 王美美, 于志平, 仇曉龍, 孫耶楠, 趙燦
【申請人】河北科技大學(xué)