一种聚酰亚胺发泡或纤维材料的制备方法及性能

摘 要：本文结合江苏华伦化工有限公司的工作实践，提出了依托一步缩聚法，利用3，3'，4，4'-二苯酮四酸二酐、多亚甲基多苯基多异氰酸酯完成聚酰亚胺泡沫制备的方法。同时，对相应聚酰亚胺泡沫产品展开性能分析，结果表明聚酰亚胺泡沫的拥有明显的自熄性以及难燃性、发烟率偏低、强吸声性能以及较好的耐热性能力。

关键词：聚酰亚胺泡沫;一步缩聚法;性能测试

聚酰亚胺泡沫属于聚酰亚胺的一种形态，具有优异的耐高低温、耐辐射、难燃、低发烟，以及无有害气体释放等性能，这些独特的性能是传统泡沫塑料所无法比拟的。现阶段，聚酰亚胺泡沫材料越来越多地用做航空航天、国防军工、微电子等高新技术领域的隔热、减震降噪和绝缘等关键材料。因此，对其制备方法以及性能展开深入分析具有极高的现实意义。

1 性能测试

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料准备

在本次聚酰亚胺泡沫制备与性能测试中，使用的材料包括：二酐（本文均代指3，3'，4，4'-二苯酮四酸二酐）、异氰酸酯（本文均代指多亚甲基多苯基多异氰酸酯）、泡沫稳定剂、二甲基甲酰胺、无水甲醇、聚乙二醇以及催化剂。其中，二酐与异氰酸酯均为工业级别;泡沫稳定剂的型号为AK-8805;聚乙二醇的分子量为600。

1.1.2 仪器准备

在本次聚酰亚胺泡沫制备与性能测试中，使用的仪器包括：傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪、热重分析仪、正置式显微镜、双声道声学分析仪、氧指数测定仪。其中，差示扫描量热仪的型号为TA2910DSC型;热重分析仪的型号为XJZ-6型;氧指数测定仪的型号为HC-2A型。

1.2 试样制备

提取一定量的二酐溶解于二甲基甲酰胺中，并进行缓慢的加热处理，当温度提升至120℃时，实施20min的保温操作;降温至80℃，随后在其中加入一定量的无水甲醇，不断搅拌直至溶液恒温;加入去离子水、稳定剂、催化剂以及聚乙二醇（按顺序加入），落实均匀搅拌，由此得到溶液1。按照一定配比将异氰酸酯加入溶液1中，并展开快速搅拌;观察到溶液逐渐转变为白色时，将该溶液倒入模具内，为其自由发泡提供充足场所;等待泡沫不再粘手后（一般为自由发泡10min后），将其转入充氮烘箱中展开熟化处理，持续时间为3h，促使温度提升至300℃;等待2h，即可獲得聚酰亚胺泡沫。

1.3 测试方案

在本次聚酰亚胺泡沫性能分析中，分子结构主要利用傅里叶变换红外光谱表征进行确定，相应试样使用KBr压片方法进行获取。同时，本研究还要对聚酰亚胺泡沫的微观形貌进行了分析，使用的方法为依托显微镜观察并获取相应照片。

在分析聚酰亚胺泡沫的耐热性能过程中，主要选用了TG测试以及DSC测试两种方法，其中，TG测试需要将试样放置于氮气环境下，并依照每分钟10℃的速度将温度由原有的50℃提升至800℃;DCS测试需要将温度稳定在50-

400℃之间实现逐步提升[1]。

在分析聚酰亚胺泡沫的吸声性能时，主要结合对其吸声系数的确定完成分析。实践中，选用了驻波管法测定，试样为Ø100mm与Ø10mm的圆柱体。在确定聚酰亚胺泡沫的极限氧指数时，引入了GB/T 2406.1-2008标准展开燃烧性能测试（氧指数法），将燃烧长度控制在5cm以上，燃烧时间稳定在15秒。

2 结果分析

2.1 聚酰亚胺泡沫的合成

聚酰亚胺泡沫的合成可以使用的方法相对较多，常用的为一步法与两步法。其中，一步法主要依托缩聚反应完成一次性发泡，此时更多的依赖反应中所产生的低分子物作为发泡剂;两步法主要依托第一步合成的中间体展开发泡[2]。相比较来说，一步法的流程更短，操作更为简单，成本更低，但是对发泡工艺的要求更高。在本次实践中，将反应过程中产生的二氧化碳作为发泡剂实现一次性发泡，即依托一步缩聚法，利用二酐和异氰酸酯完成聚酰亚胺泡沫的制备。

2.2 傅里叶变换红外光谱表征

分析聚酰亚胺泡沫的傅里叶变换红外光谱图可以得出，当波数达到1778、1720以及1375时，均能够提取到酰亚胺基团特征吸收峰的存在。其中，在波数为1778、1720是所观察到的吸收峰，属于酰亚胺键中羟基伸缩振动峰，而在波数为1375时所观察到的吸收峰属于C-N伸缩振动峰。

在本次聚酰亚胺泡沫的制备与性能分析中，没有观察到明显的酰胺酸特征吸收峰的存在，由此可以判定在实际的聚合过程中，聚酰胺酸基本酰亚胺化，标志着基于一步缩聚法制备聚酰亚胺泡沫的成功。

2.3 聚酰亚胺泡沫的微观形貌

对得到的聚酰亚胺泡沫产物展开微观分析，可以得出，在相应泡沫的表面可以观察到大量处于闭孔状态的泡孔结构，且均匀分布;泡孔的孔径稳定在0.4-0.8mm之间;没有观察到裂泡、塌泡现象。可以判定，该一步缩聚法制备聚酰亚胺泡沫具有极高的可行性，所合成的聚酰亚胺泡沫产品的品质也相对较高。

2.4 聚酰亚胺泡沫的基本性能

测试结果表明，聚酰亚胺泡沫的平均密度不超过每立方厘米0.3g，相比于其他泡沫材料来说，平均密度更低，因此有着更高的应用优势。测试中，聚酰亚胺泡沫试样的极限氧指数达到38%，拥有明显的自熄性以及难燃性特点，且在高温分解过程中生成的发烟率偏低。聚酰亚胺泡沫的声学性能测试结果如下所示：试样厚度稳定在20mm，在频率为125Hz时，试样的吸声系数为0.07;在频率为250Hz时，试样的吸声系数为0.09;在频率为500Hz时，试样的吸声系数为0.15;在频率为1000Hz时，试样的吸声系数为0.43;在频率为2000Hz时，试样的吸声系数为0.66;在频率为4000Hz时，试样的吸声系数为0.82;在频率为8000Hz时，试样的吸声系数为0.72。平均吸声系数为0.42，证实聚酰亚胺泡沫具备一定的吸声性能。

在温度逐步上升的条件下，聚酰亚胺泡沫的热量流呈现出上升趋势，但是这种上升并非为连续的，而质量保持率先保持平稳而后发生下降，可以得出，聚酰亚胺泡沫玻璃化的转变温度为262.4℃，起始分解温度为549.7℃。总体来看，聚酰亚胺泡沫的具备较好的耐热性能。

3 总结

综上所述，依托一步缩聚法，利用3，3'，4，4'-二苯酮四酸二酐、多亚甲基多苯基多异氰酸酯即可完成聚酰亚胺泡沫的制备，结合对产品微观形貌的观察，证实了该方法在制备聚酰亚胺泡沫方面的可操作新。对该制备方法下的聚酰亚胺泡沫试样展开性能分析，结果表明：在实际的聚合过程中，聚酰胺酸基本酰亚胺化;聚酰亚胺泡沫拥有明显的自熄性以及难燃性特点，且在高温分解过程中生成的发烟率偏低;聚酰亚胺泡沫具备一定的吸声性能以及较好的耐热性能。

参考文献：

[1]邓贤辉，夏浩，陈云传，等.聚酰亚胺泡沫的研究及应用进展[J].中国胶粘剂，2016，25（01）：56-60.

[2]马晶晶，赵一搏，酒永斌，等.硬质芳香族聚酰亚胺泡沫的研究进展[J].宇航材料工艺，2019，49（02）：1-6.

作者简介：

李茉（1989- ），性别：女，民族：汉，籍贯：江苏省盐城市，学历：本科，现有职称：化工工程师、知识产权工程师，研究方向：化学工程。