本發(fā)明涉及一種改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泡沫鋁是由基體金屬和占體積70%以上的氣孔所組成的非均勻材料，具有許多獨特的性能，泡沫鋁根據(jù)孔的連通性可分為開孔泡沫鋁和閉孔泡沫鋁，閉孔泡沫鋁具有比重小、比剛度大、比表面積大、減震性能好、隔音效果好、電磁屏蔽性能高等一系列優(yōu)良性能，在建筑、機械、交通運輸、航空航天和國防工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。最近十幾年，泡沫金屬的工業(yè)化生產(chǎn)受到極大的關(guān)注，特別是對泡沫鋁進行的工業(yè)化研發(fā)工作得以發(fā)展。
目前單一的泡沫鋁由于存在性能上的缺陷，如強度、模量較低，而不能單獨作為結(jié)構(gòu)材料使用?，F(xiàn)有制備泡沫鋁復(fù)合材料有三種方法，一種為粉末冶金法：將金屬鹽與合金混合燒結(jié)后，將金屬鹽去除，得到通孔的泡沫金屬，這種方法工藝設(shè)備復(fù)雜、成本高；另一種方法是吹氣法：在特定成分的熔融金屬中吹入惰性氣體，適當(dāng)時機冷卻，得到含有封閉式氣孔的金屬型材。這種方法可以得到連續(xù)板材，但無法得到大塊狀材料，該工藝對金屬液體的粘度的要求很苛刻，合金的成分須精確調(diào)整、成本高；還有一種是發(fā)泡法：在熔融的具有特定成分的金屬中投入化學(xué)發(fā)氣劑，產(chǎn)生氣泡之后適當(dāng)時機冷卻，得到封閉孔的金屬型材，這種方法工藝復(fù)雜，工藝參數(shù)難控制，對合金的成分要求嚴(yán)格，氣孔大小不易控制，成本高。另一方面，吹氣法和發(fā)泡法的材料強度很低，氣孔大(一般為2～5mm)，不均勻，對使用條件有一定的限制，難以直接應(yīng)用于承載和減震環(huán)境。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對單一的泡沫鋁強度、模量較低，不能單獨作為結(jié)構(gòu)材料使用，且制備工藝設(shè)備復(fù)雜，成本較高的問題，本發(fā)明將對苯二胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基嗎啉等物質(zhì)進行加熱混合，得到聚對苯二甲酰對苯二胺，再將其與環(huán)氧樹脂、二月桂酸二丁基錫等物質(zhì)加熱混合，得到聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，再將氧化硅、氧化鈣和氧化鎂等物質(zhì)粉碎后，與碳酸鈣、鋁粉混合后，置于高壓反應(yīng)釜進行高溫反應(yīng)，得到熔融混合液，最后將其置于模具中，并加入聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，在高溫下滲流后，利用液氮冷卻后，再干燥，即可得到改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料。本發(fā)明制備的改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料強度和模量較高，可單獨作為結(jié)構(gòu)材料使用，且操作工藝簡單，所需成本低。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
（1）稱取10～20g對苯二胺加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶置于冰水浴浴鍋中，控制溫度在10～20℃，再依次加入200～300mLN,N-二甲基乙酰胺、100～200mLN-甲基嗎啉、3～5g氯化鎂，攪拌20～30min，再加入1～3g吡啶、10～15g對苯二甲酰氯，攪拌反應(yīng)2～3h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺；
（2）向上述聚對苯二甲酰對苯二胺加入5～10g環(huán)氧樹脂，控制溫度在80～90℃，攪拌20～30min，再依次加入0.5～0.8g二月桂酸二丁基錫、1～3g甲基丙烯酸羥乙酯，攪拌反應(yīng)3～4h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，備用；
（3）依次稱取10～15g氧化硅、8～12g氧化鈣、5～8g氧化鎂、5～8g氧化錫加入到粉碎機中，再依次加入5～8g碳酸鈣、30～40g鋁粉，粉碎20～30min，過100～120目篩，得到混合粉末，將混合粉末加入到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在760～800℃、壓力為15～25MPa下，反應(yīng)1～2h，得到熔融混合液；
（4）將上述熔融混合液加入到帶有10～20g碳酸鈣顆粒的模具中，并加入上述步驟（2）備用的聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，在300～400℃、10～15MPa下，滲流5～10min，然后將物料置于燒杯中，將0.1～0.3L液氮噴淋到燒杯上，并使燒杯溫度降至-20～-10℃，自然恢復(fù)至室溫，得到固體，向燒杯中加入300～400mL去離子水，浸泡36～48h，得到泡沫鋁，將泡沫鋁置于95～105℃烘箱內(nèi)干燥3～4h，得到一種改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料。
本發(fā)明制備的改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料其彎曲強度達到300～380MPa，電磁屏蔽效能達到75～95dB，密度為1.5～1.9g/cm3，孔隙率達到82～89％。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
（1）本發(fā)明制備的改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料其強度較高，彎曲強度達到300～380MPa；
（2）本發(fā)明制備的改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料氣孔小，均勻，可直接應(yīng)用于承載和減震環(huán)境；
（3）本發(fā)明操作工藝簡單，所需成本低。
具體實施方式
首先稱取10～20g對苯二胺加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶置于冰水浴浴鍋中，控制溫度在10～20℃，再依次加入200～300mLN,N-二甲基乙酰胺、100～200mLN-甲基嗎啉、3～5g氯化鎂，攪拌20～30min，再加入1～3g吡啶、10～15g對苯二甲酰氯，攪拌反應(yīng)2～3h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺；向上述聚對苯二甲酰對苯二胺加入5～10g環(huán)氧樹脂，控制溫度在80～90℃，攪拌20～30min，再依次加入0.5～0.8g二月桂酸二丁基錫、1～3g甲基丙烯酸羥乙酯，攪拌反應(yīng)3～4h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，備用；再依次稱取10～15g氧化硅、8～12g氧化鈣、5～8g氧化鎂、5～8g氧化錫加入到粉碎機中，再依次加入5～8g碳酸鈣、30～40g鋁粉，粉碎20～30min，過100～120目篩，得到混合粉末，將混合粉末加入到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在760～800℃、壓力為15～25MPa下，反應(yīng)1～2h，得到熔融混合液；接著將上述熔融混合液加入到帶有10～20g碳酸鈣顆粒的模具中，并加入上述備用的聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，在300～400℃、10～15MPa下，滲流5～10min，然后將物料置于燒杯中，將0.1～0.3L液氮噴淋到燒杯上，并使燒杯溫度降至-20～-10℃，自然恢復(fù)至室溫，得到固體，向燒杯中加入300～400mL去離子水，浸泡36～48h，得到泡沫鋁，將泡沫鋁置于95～105℃烘箱內(nèi)干燥3～4h，得到一種改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料。
實例1
首先稱取20g對苯二胺加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶置于冰水浴浴鍋中，控制溫度在20℃，再依次加入300mLN,N-二甲基乙酰胺、200mLN-甲基嗎啉、5g氯化鎂，攪拌30min，再加入3g吡啶、15g對苯二甲酰氯，攪拌反應(yīng)3h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺；向上述聚對苯二甲酰對苯二胺加入10g環(huán)氧樹脂，控制溫度在90℃，攪拌30min，再依次加入0.8g二月桂酸二丁基錫、3g甲基丙烯酸羥乙酯，攪拌反應(yīng)4h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，備用；再依次稱取15g氧化硅、12g氧化鈣、8g氧化鎂、8g氧化錫加入到粉碎機中，再依次加入8g碳酸鈣、40g鋁粉，粉碎30min，過120目篩，得到混合粉末，將混合粉末加入到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在800℃、壓力為25MPa下，反應(yīng)2h，得到熔融混合液；接著將上述熔融混合液加入到帶有20g碳酸鈣顆粒的模具中，并加入上述備用的聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，在400℃、15MPa下，滲流10min，然后將物料置于燒杯中，將0.3L液氮噴淋到燒杯上，并使燒杯溫度降至-10℃，自然恢復(fù)至室溫，得到固體，向燒杯中加入400mL去離子水，浸泡36h，得到泡沫鋁，將泡沫鋁置于105℃烘箱內(nèi)干燥4h，得到一種改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料其彎曲強度達到380MPa，電磁屏蔽效能達到95dB，密度為1.9g/cm3，孔隙率達到89％。
實例2
首先稱取10g對苯二胺加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶置于冰水浴浴鍋中，控制溫度在10℃，再依次加入200mLN,N-二甲基乙酰胺、100mLN-甲基嗎啉、5g氯化鎂，攪拌20min，再加入1g吡啶、10g對苯二甲酰氯，攪拌反應(yīng)2h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺；向上述聚對苯二甲酰對苯二胺加入5g環(huán)氧樹脂，控制溫度在80℃，攪拌20min，再依次加入0.5g二月桂酸二丁基錫、1g甲基丙烯酸羥乙酯，攪拌反應(yīng)3h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，備用；再依次稱取10g氧化硅、8g氧化鈣、5g氧化鎂、5g氧化錫加入到粉碎機中，再依次加入5g碳酸鈣、30g鋁粉，粉碎20min，過100目篩，得到混合粉末，將混合粉末加入到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在760℃、壓力為15MPa下，反應(yīng)1h，得到熔融混合液；接著將上述熔融混合液加入到帶有10g碳酸鈣顆粒的模具中，并加入上述備用的聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，在300℃、10MPa下，滲流5min，然后將物料置于燒杯中，將0.1L液氮噴淋到燒杯上，并使燒杯溫度降至-10℃，自然恢復(fù)至室溫，得到固體，向燒杯中加入300mL去離子水，浸泡48h，得到泡沫鋁，將泡沫鋁置于95℃烘箱內(nèi)干燥3h，得到一種改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料其彎曲強度達到300MPa，電磁屏蔽效能達到75dB，密度為1.5g/cm3，孔隙率達到82％。
實例3
首先稱取15g對苯二胺加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶置于冰水浴浴鍋中，控制溫度在15℃，再依次加入250mLN,N-二甲基乙酰胺、150mLN-甲基嗎啉、4g氯化鎂，攪拌25min，再加入2g吡啶、12g對苯二甲酰氯，攪拌反應(yīng)3h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺；向上述聚對苯二甲酰對苯二胺加入6g環(huán)氧樹脂，控制溫度在85℃，攪拌25min，再依次加入0.7g二月桂酸二丁基錫、2g甲基丙烯酸羥乙酯，攪拌反應(yīng)4h，得到聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，備用；再依次稱取12g氧化硅、10g氧化鈣、7g氧化鎂、6g氧化錫加入到粉碎機中，再依次加入6g碳酸鈣、35g鋁粉，粉碎25min，過110目篩，得到混合粉末，將混合粉末加入到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在770℃、壓力為20MPa下，反應(yīng)1h，得到熔融混合液；接著將上述熔融混合液加入到帶有15g碳酸鈣顆粒的模具中，并加入上述備用的聚對苯二甲酰對苯二胺改性環(huán)氧樹脂，在350℃、12MPa下，滲流7min，然后將物料置于燒杯中，將0.2L液氮噴淋到燒杯上，并使燒杯溫度降至-15℃，自然恢復(fù)至室溫，得到固體，向燒杯中加入350mL去離子水，浸泡48h，得到泡沫鋁，將泡沫鋁置于100℃烘箱內(nèi)干燥3h，得到一種改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的改性環(huán)氧樹脂閉孔泡沫鋁復(fù)合材料其彎曲強度達到300MPa，電磁屏蔽效能達到75dB，密度為1.6g/cm3，孔隙率達到87％。