異氰酸酯基聚酰亞胺泡沫材料制備及阻燃性研究.pdf

1、聚酰亞胺泡沫（Polyimide foams, PIF）材料是一種集熱穩(wěn)定性、耐高低溫性、絕熱性、吸聲性、阻燃性以及燃燒低煙毒性等優(yōu)良理化性能于一身的高性能工程材料。具有其他聚合物基泡沫材料無(wú)法媲美的綜合性能，因此在航空航天、艦船等尖端技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。異氰酸酯基聚酰亞胺泡沫（Isocyanate-based polyimide foams, IBPIF）材料是以多元酸酐或其衍生物和多異氰酸酯為原材料通過(guò)自由發(fā)泡制備技術(shù)所制得的一種

2、新型聚酰亞胺泡沫材料。由于IBPIF材料的自由發(fā)泡制備技術(shù)具有制備工藝流程簡(jiǎn)單、無(wú)需特種功能設(shè)備、原材料價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，因此可以有效降低聚酰亞胺泡沫材料市場(chǎng)價(jià)格，有力推動(dòng)該類材料在尖端技術(shù)領(lǐng)域和普通技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，得到科研工作者的廣泛關(guān)注。但是，目前通過(guò)現(xiàn)有自由發(fā)泡制備技術(shù)所制得的具有均勻、規(guī)整泡孔結(jié)構(gòu)的IBPIF材料阻燃性及使用安全性較差，達(dá)不到尖端技術(shù)領(lǐng)域以及普通技術(shù)領(lǐng)域?qū)酆衔锘菽牧鲜褂冒踩缘囊?，因此IBPIF材料無(wú)法

3、在國(guó)民工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
　　針對(duì)目前IBPIF材料阻燃性及使用安全性較差的問(wèn)題，本文依托IBPIF材料的自由發(fā)泡制備技術(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)單的發(fā)泡黑料與發(fā)泡白料制備配方調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)具有規(guī)整、均勻泡孔結(jié)構(gòu)IBPIF材料阻燃性及使用安全性的提高，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　依托IBPIF材料第一種自由發(fā)泡制備技術(shù)，通過(guò)直接向發(fā)泡白料中后補(bǔ)加二苯甲酮四酸二酐（BTDA）粉末的簡(jiǎn)單方法，有效抑制了氨基和異氰酸酯基間副反應(yīng)的進(jìn)行程度。在保持材料泡孔

4、結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)整性的前提下，有效提高了材料中聚酰亞胺的含量、降低了含脲基成分含量。隨著B(niǎo)TDA粉末后補(bǔ)加量的逐漸提高，所制得IBPIF材料的阻燃性逐漸提高，燃燒行為及煙氣釋放行為均得到明顯改善，燃燒時(shí)的燃燒速度及火焰蔓延速度都能得到有效控制，材料的使用安全性得到顯著提高。當(dāng)BTDA粉末后補(bǔ)加量與前驅(qū)體溶液質(zhì)量比值達(dá)到25:20時(shí)，聚酰亞胺生成量達(dá)到最大值，材料基體樹(shù)脂的成分保持恒定，此時(shí)材料的極限氧指數(shù)（LOI）值達(dá)到30％左右，阻燃級(jí)別

5、達(dá)到難燃級(jí)。
　　依托IBPIF材料第二種自由發(fā)泡制備技術(shù)，將IBPIF材料兩種自由發(fā)泡制備技術(shù)有效嫁接在一起。在保持于發(fā)泡黑料中預(yù)先引入聚酰亞胺中間體技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，在發(fā)泡白料中引入多元羧酸酯，有效改善了發(fā)泡成型過(guò)程操作的可控性，降低了材料密度，同時(shí)降低了IBPIF材料中含脲基成分的生成量，保證了材料的阻燃性。當(dāng)用以制備發(fā)泡黑料所使用多元酸酐質(zhì)量與多元酸酐總用量比值處于0.4-0.8之間時(shí)，可以制得具有高阻燃性、低密度的IBPI

6、F材料。所制得IBPIF材料的LOI值及密度與通過(guò)粉末法制備技術(shù)所制得的聚酰亞胺泡沫材料相關(guān)性能參數(shù)基本一致。
　　依托IBPIF材料第一種自由發(fā)泡制備技術(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)發(fā)泡料漿質(zhì)量與密閉容器內(nèi)腔體積比值的方法使材料密度得到有效調(diào)節(jié)。測(cè)試結(jié)果表明，IBPIF材料密度的提高不但可以使材料的力學(xué)性能得到顯著增強(qiáng)，同時(shí)也可以使材料的阻燃性及使用安全性得到一定程度的提高。然而，當(dāng)材料中聚酰亞胺含量達(dá)到一定程度時(shí)，材料密度對(duì)阻燃性的影響將變

7、的很微弱。
　　依托IBPIF材料第一種自由發(fā)泡制備技術(shù)，通過(guò)直接向發(fā)泡白料中添加水滑石（LDHs）/三（1-氯-2-丙基）磷酸酯（TCPP）的簡(jiǎn)單方法，使IBPIF材料阻燃性得到提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，固體LDHs的使用可以使IBPIF材料的宏觀及微觀泡孔結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性得到有效保持，但對(duì)材料阻燃性提高程度很低；液體TCPP的使用可以大幅度提高IBPIF材料的阻燃性，改善材料的燃燒行為及煙氣釋放行為，但TCPP的大量使用將嚴(yán)重破壞IB