本發(fā)明屬于高分子材料制備，特別涉及一種異形耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫及制備方法。
背景技術：
1、目前夾層復合材料技術已經(jīng)成為結構材料輕量化的最重要的手段之一。常見的夾層芯材有氧化硅氣凝膠隔熱瓦、蜂窩類、泡沫類等，隔熱瓦脆性大、力學性能受限；玻璃鋼蜂窩、鋁蜂窩等受制于高溫節(jié)點膠限制，pmi泡沫、pu泡沫等由于自身的結構、物理特性原因，在200℃以上高溫環(huán)境力學強度有限；而且芯材高溫性能的局限更直接制約了其與高耐溫復合材料蒙皮的成型匹配，已經(jīng)成為夾層結構件耐溫性能提升的瓶頸因素。聚酰亞胺泡沫材料是一類重要的高分子泡沫材料，該類泡沫材料具有優(yōu)異的阻燃性能、突出的耐高溫性，同時也具有優(yōu)異的耐低溫脆性等特點，已經(jīng)作為隔熱、降噪材料在國外取得到了廣泛的應用。硬質聚酰亞胺泡沫材料是聚酰亞胺泡沫中的一種，可作為夾芯材料用于對高溫強度有較高要求的環(huán)境中。目前，基于封端rtm樹脂法可以制備出耐高溫、抗氧化性能好、閉孔率高，能夠保持良好的壓縮強度的耐高溫硬質泡沫材料。
2、然而，裝備產(chǎn)品大多為具有一定曲率或多曲率的構件，上述構件所用的芯材形狀應為異形。大多數(shù)情況，弧度較小的曲面材料，可通過平板加工的方式得到異形泡沫，對于大弧度、大曲率的泡沫產(chǎn)品，制備工藝有兩種，分別為異形泡沫成型后加工；直接成型平板級泡沫，然后加工得到所需泡沫。目前異形泡沫成型過程中存在如下問題：異形泡沫發(fā)泡過程存在泡孔穩(wěn)定性差、泡孔均勻性控制難度大、發(fā)泡過程開裂嚴重等問題，且成品率較低等問題，而且泡沫成型后含有厚厚的皮層，仍然需要通過加工的方式制備成所需形狀。直接對平板級泡沫加工則存在如下問題：(1)制造成本高昂、材料利用率極低；(2)隔熱材料內(nèi)部發(fā)泡不均勻，使得大厚度泡沫產(chǎn)品泡沫均勻性控制難度高，產(chǎn)品合格率低，這將限制了硬質聚酰亞胺泡沫作為夾層芯材而使用。
技術實現(xiàn)思路
1、本技術解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種在高溫熱壓定型的工藝制備異形硬質聚酰亞胺泡沫材料及制備方法，實現(xiàn)復雜型面硬質聚酰亞胺泡沫的快速成型，該方法具有操作簡單、制備效率高、材料利用率高等優(yōu)勢，制備得到的異形硬質聚酰亞胺泡沫材料耐高溫、抗氧化性能好，高溫下能夠保持良好的壓縮強度，適用于復合材料夾層結構。
2、本技術提供的技術方案如下：
3、第一方面，公開了一種異形耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫的制備方法，包括：
4、s1：制備耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫的前驅體粉末；
5、s2：將前驅體粉末置于模具中，然后放入熱壓罐中，加溫加壓發(fā)泡進行初步固化，冷卻，釋放壓力得到未完全交聯(lián)的聚酰亞胺泡沫毛坯；
6、s3：將未完全交聯(lián)的聚酰亞胺泡沫毛坯切割為平板級泡沫，將平板級泡沫的一側與預成型形面接觸后，對平板級泡沫加溫進行固化交聯(lián)，同時將平板級泡沫逐漸向預成型形面方向壓緊。
7、所述s2中，加溫加壓發(fā)泡的參數(shù)為：壓力0.01～0.3mpa，溫度240～350℃，發(fā)泡時間為8～24h。
8、所述s2中，加溫加壓發(fā)泡過程中，采用程序控溫方式，先升溫到250～280℃恒溫1～3h，275～300℃恒溫1～3h，300～325℃恒溫1～3h，降溫1～3h到室溫。
9、所述s3中，板級泡沫進行加溫的溫度為310～400℃。
10、所述s3的加溫過程中，需要先對模具和泡沫進行預熱，預熱溫度為310～330℃，預熱1～3h；預熱結束后，將平板級泡沫進行加溫固化交聯(lián)的同時，向預成型形面方向逐漸壓緊貼合，加溫程序如下：升溫到320～350恒溫1～3h，350～370℃恒溫2～4h，390～400℃恒溫4～6h，降溫1～4h到室溫；
11、步驟s3包括兩種方法，分別為：
12、第一種：所述s3中，將平板級泡沫的一側與預成型形面接觸后，平板級泡沫進行加溫定型完成固化交聯(lián)，同時將平板級泡沫向預成型形面方向逐漸壓緊，包括：下模板形面為產(chǎn)品的預成型形面，平板級泡沫的一側與下模板形面接觸，上模板表面與平板級泡沫遠離下模板一側接觸，將上模具、下模具和平板級泡沫整體預熱到加溫過程的初始溫度后，上模板下降將平板級泡沫向預成型形面方向逐漸壓緊；上模板下降速率為0.1mm/5min～1mm/3min。該過程依靠上模板本身重力下壓，當上模板給平板級泡沫的壓力為自身重力時，上模板停止下壓；上模板的重力保證使平板級泡沫一側完全與下模板形面貼合。
13、第二種：所述s3中，將平板級泡沫的一側與預成型形面接觸后，平板級泡沫進行加溫定型完成固化交聯(lián)，同時將平板級泡沫向預成型形面方向逐漸壓緊，包括：下模板形面為產(chǎn)品的預成型形面，平板級泡沫的一側與下模板形面接觸，將真空袋套在平板級泡沫和下模板形成的整體部件的外側，抽真空至-0.02～0.5mpa并保持0.5～1h，再抽真空至-0.05～-0.08mpa并保持1～3h；再抽真空至-0.09～-0.1mpa使平板級泡與模具下模板形面完全貼合，最后保溫保壓0.5～5h。
14、所述平板級泡沫的厚度不大于22mm。
15、本專利通過對步驟s2中加溫加壓發(fā)泡條件的控制，獲得具有一定交聯(lián)程度的未完全交聯(lián)的聚酰亞胺泡沫毛坯，未完全交聯(lián)的聚酰亞胺泡沫毛坯加工為平板級泡沫后，進一步通過步驟s3進行進一步的交聯(lián)，通過步驟s3的條件控制，平板級泡沫的賦形性更好，能成型具有更大弧度的曲面。
16、在步驟s2中加溫加壓發(fā)泡條件中的溫度低于常規(guī)耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫發(fā)泡溫度，使得聚酰亞胺泡沫毛坯處于未完全交聯(lián)狀態(tài)，在后續(xù)步驟s3中，其能夠更快賦形且能夠產(chǎn)生更大變形；步驟s3的加溫階段的后期溫度高于常規(guī)聚酰亞胺泡沫發(fā)泡溫度且高于平板級泡沫的玻璃化轉變溫度，使對平板級泡沫的賦形性提高。
17、所述s1中，制備耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫的前驅體粉末，包括：在極性溶劑中加入芳香族二酐，然后加入計量的封端劑和脂肪醇，完全反應后，加入二胺，在50～70℃溫度下反應0.5～3h得到溶液a；脂肪醇的物質的量為芳香族二酐的物質的量的2～6倍；芳香族二酐和封端劑中的酸酐基團與二胺中胺基的物質的量比為1：1.1～1；然后加入質量分數(shù)為0.5％～10％的泡沫穩(wěn)定劑，攪拌0.5～3h，得到前驅體溶液，對得到的前驅體溶液進行干燥處理，除去部分溶劑，然后粉碎得到可發(fā)泡的前驅體粉末。
18、所述芳香族二酐包括2,3,3',4'-二苯醚四酸二酐、2,3,3',4'-二苯甲酮四酸二酐、或雙酚a型二苯醚二酐或2,3',4,4'-聯(lián)苯四酸二酐中的一種或幾種的組合；
19、所述二胺包括1,4-對苯二胺、1,3-間苯二胺、4,4-'二胺基二苯醚、3,4'-二胺基二苯醚、4,4'-雙(3-氨基苯氧基)苯甲酮、4,4'-雙(3-氨基苯氧基)二苯基砜、1,3-雙(4'-氨基苯氧基)苯或2,2'-雙[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷中的一種或幾種的組合。
20、所述極性溶劑為四氫呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或n-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種的組合；
21、所述脂肪醇包括甲醇或乙醇；
22、所述封端劑為5-降冰片烯-2，3-二酸酐或5-降冰片烯-2，3-二酸酐與4-苯乙炔苯酐的混合物；
23、所述泡沫穩(wěn)定劑為ak8805或dc-193中的一種或幾種的組合。
24、第二方面，提供了一種異形耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫，根據(jù)上述任一所述的一種異形耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫的制備方法制備得到。
25、所述異形耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫的密度為80-350kg/m3，閉孔率為90～99％，導熱系數(shù)為0.035～0.042w·m-1·k-1，室溫壓縮強度為1.2～16mpa。
26、綜上所述，本技術至少包括以下有益技術效果：
27、(1)本發(fā)明一種異形耐高溫硬質聚酰亞胺泡沫的制備方法，屬于高分子聚酰亞胺泡沫材料的制備技術領域，具體包括利用芳香族二酐和二胺，制備可發(fā)泡前驅體粉末；將前驅體粉末置于簡易模具中，然后置于熱壓罐中，加溫加壓發(fā)泡，初步固化形成具有一定強度的未完全交聯(lián)的聚酰亞胺泡沫毛坯；將毛坯去皮、切割得到一定厚度的平板級泡沫，然后置于特定形面的泡沫產(chǎn)品成型模具下模表面，蓋上模具上?；虬舱婵沾?，置于高溫烘箱中，通過設定模具上模板下降速率或真空度、同時加溫的方式，得到特定形面的硬質聚酰亞胺泡沫弧板。本發(fā)明方法通過引入模具或真空的高溫加熱方式制備曲面異形的硬質泡沫，實現(xiàn)了異形曲面硬質聚酰亞胺泡沫快速成型，拓寬泡沫材料的應用范圍。
28、(2)本發(fā)明提供了一種通過高溫熱壓定型工藝制備異形硬質聚酰亞胺泡沫材料的方法，實現(xiàn)復雜型面硬質聚酰亞胺泡沫的快速成型，該方法具有操作簡單、制備效率高、成本低、材料利用率高等優(yōu)勢。
29、(3)本發(fā)明在后續(xù)高溫熱壓定型工步完成泡沫塑料完全交聯(lián)的過程，降低了熱彎工藝的溫度，提高了成型效率。
30、(4)本發(fā)明提供的異形硬質聚酰亞胺泡沫材料的制備方法，制得的異形聚酰亞胺泡沫型面質量均一、且具有較高的壓縮強度和低的導熱系數(shù)，當泡沫密度達到100kg/m3時，泡沫壓縮強度達到1mpa以上，可作為相應形面夾層結構芯材使用，大幅拓寬現(xiàn)在聚酰亞胺泡沫材料的應用范圍。