[發明專利]一種高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011126019.2
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112358648B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 馬晶晶;趙一搏;吳文敬;翟彤;翟宇;酒永斌;吳天澤
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號: C08J9/42
• 分類號: C08J9/42;C08L79/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發明提供了一種高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料及其制備方法，制備方法包括：步驟1，將芳香族二酐、氨基硅烷和芳香族二胺溶解在溶劑中，反應形成聚酰胺酸溶液；步驟2，向上述溶液中加入醋酐/三乙胺，混合均勻，然后真空灌注和/或打壓灌注于硬質聚酰亞胺泡沫材料中，進行交聯及亞胺化反應，形成凝膠，得到濕凝膠浸漬泡沫體；步驟3，對濕凝膠浸漬泡沫體進行溶劑置換，超臨界干燥，得到填充聚酰亞胺氣凝膠的復合材料；步驟4，將上述復合材料進行真空干燥，得到密度100～300kg/m³、熱導率0.020～0.035W/m·K、壓縮強度1.0～3.0MPa的高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料，可廣泛用作高強度隔熱材料。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，特別涉及一種高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料及其制備方法。

背景技術

硬質聚酰亞胺泡沫材料是一種具有較高壓縮強度的泡沫材料。目前，廣泛使用的硬質聚酰亞胺泡沫材料為聚甲基丙烯酰亞胺泡沫，但該類泡沫使用溫度難以超過200℃。相比之下，主鏈型硬質聚酰亞胺泡沫材料耐溫性能、力學性能、空間環境適應性均更好，使用溫度可達到200℃以上，是耐高溫結構支撐材料的理想選擇。

中國專利CN101402743A、CN107459669B等公布了采用一步法制備硬質開孔聚酰亞胺泡沫的方法，所制泡沫密度約為30～300kg/m³，玻璃化溫度(Tg)達316℃，T_5％達360℃，壓縮強度達3.75MPa，開孔率90％以上。然而，目前此類硬質聚酰亞胺泡沫材料熱導率較高，通常≥0.036W/m·K，作為高強度隔熱材料，熱導率的增加降低了材料的隔熱效果，這將限制其作為結構支撐材料用于隔熱技術領域。

氣凝膠是一種多孔性的納米材料，是目前世界上質量最輕、隔熱性能最好的固體材料。聚酰亞胺氣凝膠韌性和阻燃性能較好，且具有耐高溫、耐極低溫、耐輻射等性質，逐漸受到關注。雖然聚酰亞胺氣凝膠韌性較好，但其壓縮強度較低，即使密度達到110kg·m^-3，據報道其壓縮強度(壓縮形變10％)不超過0.5MPa。因此，單純使用聚酰亞胺氣凝膠作為高強度隔熱材料，很難達到使用要求。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，本發明人進行了銳意研究，提供了一種聚酰亞胺泡沫復合材料及其制備方法，該聚酰亞胺泡沫復合材料兼具高強度和低導熱性能，可廣泛用作高強度隔熱材料，從而完成本發明。

本發明提供的技術方案如下：

第一方面，一種高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料的制備方法，包括：

步驟1，將芳香族二酐、氨基硅烷和芳香族二胺溶解在溶劑中，反應形成聚酰胺酸溶液；

步驟2，向上述溶液中加入醋酐/三乙胺，混合均勻，然后真空灌注和/或打壓灌注于硬質聚酰亞胺泡沫材料中，進行交聯及亞胺化反應，形成凝膠，得到濕凝膠浸漬泡沫體；

步驟3，對濕凝膠浸漬泡沫體進行溶劑置換，超臨界干燥，得到填充聚酰亞胺氣凝膠的復合材料；

步驟4，將上述復合材料進行真空干燥，得到高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料。

第二方面，一種高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料，通過上述第一方面所述的高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料的制備方法制得，該聚酰亞胺泡沫復合材料的密度為100～300kg/m³，熱導率為0.020～0.035W/m·K，壓縮強度為1.0～3.0MPa。

根據本發明提供的一種高強度低導熱聚酰亞胺泡沫復合材料及其制備方法，具有以下有益效果：

(1)本發明采用聚酰亞胺氣凝膠原位填充硬質開孔聚酰亞胺泡沫，綜合了氣凝膠低導熱和聚酰亞胺泡沫高強度的優勢，有效降低了聚酰亞胺泡沫的導熱系數，提高了結構支撐能力，克服了氣凝膠材料質脆問題；