一种高韧性泡沫材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种泡沫芯材的制备方法，具体地说是一种高韧性泡沫材料的制备方 法及应用
【背景技术】
[0002] 聚甲基丙烯酰亚胺（PMI)泡沫是一种交联型硬质结构型泡沫材料，具有100%的 闭孔结构，其均匀交联的孔壁结构可赋予其突出的结构稳定性和优异的力学性能。相同同 密度的情况下，PMI泡沫具有比其他聚合物泡沫材料更高的抗压缩强度和刚度、更优异的耐 高温和耐湿热性能、以及更好的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性，其突出的耐热性能和高温 下优异的抗蠕变性能使其能承受碳纤维/环氧、碳纤维/双马等树脂复合材料的高温固化 工艺条件，可实现泡沫夹芯与预浸料的一次共固化，广泛应用于复合材料泡沫夹层结构件 的制造（DE-C2726260, DE-C2822885, DE-A3304882, US Pat. 4316934)。
[0003] 但是，聚甲基丙烯酰亚胺泡沫虽然有上述的优点，仍然存在脆性大及表面粉化现 象，影响了其应用范围。由于其韧性大，在与其他材料结合时结合力差，在承受剪切力或者 剥离力时容易产生泡沫与结合材料界面表层剥离的现象。核壳橡胶的增韧机理，有两种途 径吸收或者驱散能量：空洞化效应以及橡胶层与聚合物基质的松解效应。本发明通过核壳 橡胶的增韧，大大提高了聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的断裂伸长率。同时由于核壳橡胶拥有刚 性内壳，制备的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫热变形温度并没有明显的降低。制备的泡沫韧性好， 可广泛应用于航天航空、高速列车、风电、船舶、医疗等高新技术领域的夹芯材料。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为提升聚甲基丙烯酰亚胺（PMI)泡沫的韧性，本发明的目的是提供一 种高韧性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法。
[0005] 技术方案：本发明公开了一种高韧性泡沫材料的制备方法，具体步骤为：
[0006] 步骤1，两块玻璃板之间用橡胶条密封，形成一个模腔；
[0007] 步骤2,将甲基丙烯酸、甲基丙烯腈与核壳橡胶混合，向其中加入氧化镁，使氧化镁 完全溶解；
[0008] 步骤3,再加入混合发泡剂、引发剂混合物、马来酰亚胺和碳酰胺，搅拌，混合均匀， 注入模腔内；
[0009] 步骤4,在30~50°C水浴温度条件下聚合反应40~60小时形成泡沫前躯体共聚 板；
[0010] 步骤5,将泡沫前躯体共聚板放置130~180°C条件下预热2~5小时，再经180~ 230°C条件下发泡30~90min，再在130~180°C条件下热处理1~3小时，即得。
[0011] 具体的，在上述制备过程中，按质量份数计，各原料配比为：甲基丙烯酸40~60 份、甲基丙烯腈40~60份、核壳橡胶1~20份、氧化镁3~10份、混合发泡剂5~16份、 引发剂混合物〇. 1~1份、马来酰亚胺〇. 5~3份、碳酰胺0. 3~10。
[0012] 所述的核壳橡胶为硅橡胶核壳增韧CSR复合树脂。
[0013] 所述的混合发泡剂为异丙醇和甲酰胺的混合物。其中异丙醇与甲酰胺的质量比为 1:1〇
[0014] 所述的引发剂混合物为过氧化苯甲酰与滑石粉的混合物。其中过氧化苯甲酰与滑 石粉的质量比为1:3。
[0015] 本发明还提供了上述的高韧性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料制备方法得到的泡沫 材料在航天航空、高速列车、风电、船舶、医疗器材设备的复合材料泡沫夹层结构件中的应 用。
[0016] 有益效果：本发明通过利用核壳橡胶增韧聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，有效提高 PMI泡沫的断裂伸长率，但同时热变形温度并没有明显的降低。为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材 料的研宄和性能改善提供了新的路径。
【具体实施方式】：
[0017] 实施例1
[0018] 原料配比为：
[0019] 甲基丙烯酸50g、甲基丙烯腈50g、硅橡胶核壳增韧CSR复合树脂10g、氧化镁 7g、混合发泡剂（异丙醇：甲酰胺=l:l)10g、引发剂混合物（过氧化苯甲酰：滑石粉= 1:3)0. 7g、马来酰亚胺3g、碳酰胺5g。
[0020] 操作步骤为：
[0021] 步骤1，两块玻璃板之间用橡胶条密封，形成一个模腔；
[0022] 步骤2,按上述配方，将甲基丙烯酸、甲基丙烯腈与硅橡胶核壳增韧CSR复合树脂 混合，向其中加入氧化镁，使氧化镁完全溶解；
[0023] 步骤3,再加入混合发泡剂、引发剂混合物、马来酰亚胺和碳酰胺，搅拌，混合均匀， 注入模腔内；
[0024] 步骤4,在45°C水浴温度条件下聚合反应50小时形成泡沫前躯体共聚板；
[0025] 步骤5,将泡沫前躯体共聚板放置150°C条件下预热3小时，再经200°C条件下发泡 6〇min，再在150°C条件下热处理2小时，即得。
[0026] 试验结果：
[0027] 本实施例制得的高韧性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，密度70Kg/m3,拉伸强度为 2. 9MPa，断裂伸长率为6%，热变形温度190°C。
[0028] 实施例2
[0029] 原料配比为：甲基丙烯酸40g、甲基丙烯腈40g、硅橡胶核壳增韧CSR复合树脂lg、 氧化镁3g、混合发泡剂（异丙醇：甲酰胺=l:l)5g、引发剂混合物（过氧化苯甲酰：滑石 粉=1:3)0. lg、马来酰亚胺0. 5g、碳酰胺0. 3g。
[0030] 操作步骤与实施例1相同。
[0031] 试验结果：本实施例制得的高韧性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，密度65Kg/m3,拉 伸强度为2. 5MPa，断裂伸长率为5%，热变形温度189°C。
[0032] 实施例3
[0033] 甲基丙烯酸60g、甲基丙烯腈60g、硅橡胶核壳增韧CSR复合树脂20g、氧化镁 7g、混合发泡剂（异丙醇：甲酰胺=l:l)16g、引发剂混合物（过氧化苯甲酰：滑石粉= 1:3) lg、马来酰亚胺3g、碳酰胺10g。
[0034] 操作步骤与实施例1相同。
[0035] 试验结果：本实施例制得的高韧性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，密度60Kg/m3,拉 伸强度为2. 2MPa，断裂伸长率为4. 5%，热变形温度189°C。
[0036] 对比例1
[0037] 原料配比为：
[0038] 甲基丙烯酸 50g 甲基丙條腈 50g 过氧化苯甲酰 〇7g
[0039] 异丙醇 IOg 氧化镁 7g 马来酰亚胺 3g 碳酰胺 5g
[0040] 操作步骤为：
[0041] (1)将甲基丙烯酸、甲基丙烯腈，加入过氧化苯甲酰、异丙醇、氧化镁、马来酰亚胺， 碳酰胺混合均匀。
[0042] (2)将步骤（1)所得溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在45°C水浴温 度条件下聚合反应50小时形成泡沫前躯体共聚板。
[0043] (3)将泡沫前躯体共聚板放置150°C条件下预热3小时，再经200°C条件下发泡 60min，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
[0044] (4)将制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫在150°C条件下热处理2小时，得到聚甲基丙 烯酰亚胺泡沫材料。
[0045] 本对比例制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，密度72Kg/m3,拉伸强度为2. 4MPa， 断裂伸长率为4. 5%，热变形温度192°C。
[0046] 通过实施例1~3和对比例1的比较发现，在相同密度下随着核壳橡胶的加入高 韧性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的断裂伸长率有明显的提高；同时耐热性并没有明显的降低。
【主权项】
1. 一种高韧性泡沫材料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行： 步骤1，两块玻璃板之间用橡胶条密封，形成一个模腔； 步骤2,将甲基丙烯酸、甲基丙烯腈与核壳橡胶混合，向其中加入氧化镁，使氧化镁完全 溶解； 步骤3,再加入混合发泡剂、引发剂混合物、马来酰亚胺和碳酰胺，搅拌，混合均匀，注入 模腔内； 步骤4,在30~50°C水浴温度条件下聚合反应40~60小时形成泡沫前躯体共聚板； 步骤5,将泡沫前躯体共聚板放置130~180°C条件下预热2~5小时，再经180~ 230°C条件下发泡30~90min，再在130~180°C条件下热处理1~3小时，即得。2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述制备过程中，按质量份数计，各原料 配比为：甲基丙烯酸40~60份、甲基丙烯腈40~60份、核壳橡胶1~20份、氧化镁3~ 10份、混合发泡剂5~16份、引发剂混合物0. 1~1份、马来酰亚胺0. 5~3份、碳酰胺 0? 3 ~10〇3. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的核壳橡胶为硅橡胶核壳增韧CSR 复合树脂。4. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的混合发泡剂为异丙醇和甲酰胺的 混合物。5. 如权利要求4所述的制备方法，其特征在于混合发泡剂中异丙醇与甲酰胺的质量比 为 1:1〇6. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的引发剂混合物为过氧化苯甲酰与 滑石粉的混合物。7. 如权利要求6所述的制备方法，其特征在于引发剂混合物中过氧化苯甲酰与滑石粉 的质量比为1:3。8. -种权利要求1所述的高韧性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料制备方法得到的泡沫材 料在航天航空、高速列车、风电、船舶、医疗器材设备的复合材料泡沫夹层结构件中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种高韧性泡沫材料的制备方法：步骤1，两块玻璃板之间用橡胶条密封，形成一个模腔；步骤2，将甲基丙烯酸、甲基丙烯腈与核壳橡胶混合，向其中加入氧化镁，使氧化镁完全溶解；步骤3，再加入混合发泡剂、引发剂混合物、马来酰亚胺和碳酰胺，搅拌，混合均匀，注入模腔内；步骤4，在30～50℃水浴温度条件下聚合反应40～60小时形成泡沫前躯体共聚板；步骤5，将泡沫前躯体共聚板放置130～180℃条件下预热2～5小时，再经180～230℃条件下发泡30～90min，再在130～180℃条件下热处理1～3小时，即得。本发明通过利用核壳橡胶增韧聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，有效提高PMI泡沫的断裂伸长率，但同时热变形温度并没有明显的降低。为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的研究和性能改善提供了新的路径。
【IPC分类】C08L33/22, C08F220/50, C08F220/06, C08L33/02, C08J9/10, C08J9/04, C08L83/04
【公开号】CN104945553
【申请号】CN201510431139
【发明人】鲁平才, 焦自保, 赵钎
【申请人】江苏兆鋆新材料股份有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月21日