一種聚酰亞胺發泡或纖維材料的制備方法及性能

摘 要：本文結合江蘇華倫化工有限公司的工作實踐，提出了依托一步縮聚法，利用3，3'，4，4'-二苯酮四酸二酐、多亞甲基多苯基多異氰酸酯完成聚酰亞胺泡沫制備的方法。同時，對相應聚酰亞胺泡沫產品展開性能分析，結果表明聚酰亞胺泡沫的擁有明顯的自熄性以及難燃性、發煙率偏低、強吸聲性能以及較好的耐熱性能力。

關鍵詞：聚酰亞胺泡沫;一步縮聚法;性能測試

聚酰亞胺泡沫屬于聚酰亞胺的一種形態，具有優異的耐高低溫、耐輻射、難燃、低發煙，以及無有害氣體釋放等性能，這些獨特的性能是傳統泡沫塑料所無法比擬的。現階段，聚酰亞胺泡沫材料越來越多地用做航空航天、國防軍工、微電子等高新技術領域的隔熱、減震降噪和絕緣等關鍵材料。因此，對其制備方法以及性能展開深入分析具有極高的現實意義。

1 性能測試

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料準備

在本次聚酰亞胺泡沫制備與性能測試中，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）、異氰酸酯（本文均代指多亞甲基多苯基多異氰酸酯）、泡沫穩定劑、二甲基甲酰胺、無水甲醇、聚乙二醇以及催化劑。其中，二酐與異氰酸酯均為工業級別;泡沫穩定劑的型號為AK-8805;聚乙二醇的分子量為600。

1.1.2 儀器準備

在本次聚酰亞胺泡沫制備與性能測試中，使用的儀器包括：傅里葉變換紅外光譜儀、差示掃描量熱儀、熱重分析儀、正置式顯微鏡、雙聲道聲學分析儀、氧指數測定儀。其中，差示掃描量熱儀的型號為TA2910DSC型;熱重分析儀的型號為XJZ-6型;氧指數測定儀的型號為HC-2A型。

1.2 試樣制備

提取一定量的二酐溶解于二甲基甲酰胺中，并進行緩慢的加熱處理，當溫度提升至120℃時，實施20min的保溫操作;降溫至80℃，隨后在其中加入一定量的無水甲醇，不斷攪拌直至溶液恒溫;加入去離子水、穩定劑、催化劑以及聚乙二醇（按順序加入），落實均勻攪拌，由此得到溶液1。按照一定配比將異氰酸酯加入溶液1中，并展開快速攪拌;觀察到溶液逐漸轉變為白色時，將該溶液倒入模具內，為其自由發泡提供充足場所;等待泡沫不再粘手后（一般為自由發泡10min后），將其轉入充氮烘箱中展開熟化處理，持續時間為3h，促使溫度提升至300℃;等待2h，即可獲得聚酰亞胺泡沫。

1.3 測試方案

在本次聚酰亞胺泡沫性能分析中，分子結構主要利用傅里葉變換紅外光譜表征進行確定，相應試樣使用KBr壓片方法進行獲取。同時，本研究還要對聚酰亞胺泡沫的微觀形貌進行了分析，使用的方法為依托顯微鏡觀察并獲取相應照片。

在分析聚酰亞胺泡沫的耐熱性能過程中，主要選用了TG測試以及DSC測試兩種方法，其中，TG測試需要將試樣放置于氮氣環境下，并依照每分鐘10℃的速度將溫度由原有的50℃提升至800℃;DCS測試需要將溫度穩定在50-

400℃之間實現逐步提升[1]。

在分析聚酰亞胺泡沫的吸聲性能時，主要結合對其吸聲系數的確定完成分析。實踐中，選用了駐波管法測定，試樣為?100mm與?10mm的圓柱體。在確定聚酰亞胺泡沫的極限氧指數時，引入了GB/T 2406.1-2008標準展開燃燒性能測試（氧指數法），將燃燒長度控制在5cm以上，燃燒時間穩定在15秒。

2 結果分析

2.1 聚酰亞胺泡沫的合成

聚酰亞胺泡沫的合成可以使用的方法相對較多，常用的為一步法與兩步法。其中，一步法主要依托縮聚反應完成一次性發泡，此時更多的依賴反應中所產生的低分子物作為發泡劑;兩步法主要依托第一步合成的中間體展開發泡[2]。相比較來說，一步法的流程更短，操作更為簡單，成本更低，但是對發泡工藝的要求更高。在本次實踐中，將反應過程中產生的二氧化碳作為發泡劑實現一次性發泡，即依托一步縮聚法，利用二酐和異氰酸酯完成聚酰亞胺泡沫的制備。

2.2 傅里葉變換紅外光譜表征

分析聚酰亞胺泡沫的傅里葉變換紅外光譜圖可以得出，當波數達到1778、1720以及1375時，均能夠提取到酰亞胺基團特征吸收峰的存在。其中，在波數為1778、1720是所觀察到的吸收峰，屬于酰亞胺鍵中羥基伸縮振動峰，而在波數為1375時所觀察到的吸收峰屬于C-N伸縮振動峰。

在本次聚酰亞胺泡沫的制備與性能分析中，沒有觀察到明顯的酰胺酸特征吸收峰的存在，由此可以判定在實際的聚合過程中，聚酰胺酸基本酰亞胺化，標志著基于一步縮聚法制備聚酰亞胺泡沫的成功。

2.3 聚酰亞胺泡沫的微觀形貌

對得到的聚酰亞胺泡沫產物展開微觀分析，可以得出，在相應泡沫的表面可以觀察到大量處于閉孔狀態的泡孔結構，且均勻分布;泡孔的孔徑穩定在0.4-0.8mm之間;沒有觀察到裂泡、塌泡現象。可以判定，該一步縮聚法制備聚酰亞胺泡沫具有極高的可行性，所合成的聚酰亞胺泡沫產品的品質也相對較高。

2.4 聚酰亞胺泡沫的基本性能

測試結果表明，聚酰亞胺泡沫的平均密度不超過每立方厘米0.3g，相比于其他泡沫材料來說，平均密度更低，因此有著更高的應用優勢。測試中，聚酰亞胺泡沫試樣的極限氧指數達到38%，擁有明顯的自熄性以及難燃性特點，且在高溫分解過程中生成的發煙率偏低。聚酰亞胺泡沫的聲學性能測試結果如下所示：試樣厚度穩定在20mm，在頻率為125Hz時，試樣的吸聲系數為0.07;在頻率為250Hz時，試樣的吸聲系數為0.09;在頻率為500Hz時，試樣的吸聲系數為0.15;在頻率為1000Hz時，試樣的吸聲系數為0.43;在頻率為2000Hz時，試樣的吸聲系數為0.66;在頻率為4000Hz時，試樣的吸聲系數為0.82;在頻率為8000Hz時，試樣的吸聲系數為0.72。平均吸聲系數為0.42，證實聚酰亞胺泡沫具備一定的吸聲性能。

在溫度逐步上升的條件下，聚酰亞胺泡沫的熱量流呈現出上升趨勢，但是這種上升并非為連續的，而質量保持率先保持平穩而后發生下降，可以得出，聚酰亞胺泡沫玻璃化的轉變溫度為262.4℃，起始分解溫度為549.7℃。總體來看，聚酰亞胺泡沫的具備較好的耐熱性能。

3 總結

綜上所述，依托一步縮聚法，利用3，3'，4，4'-二苯酮四酸二酐、多亞甲基多苯基多異氰酸酯即可完成聚酰亞胺泡沫的制備，結合對產品微觀形貌的觀察，證實了該方法在制備聚酰亞胺泡沫方面的可操作新。對該制備方法下的聚酰亞胺泡沫試樣展開性能分析，結果表明：在實際的聚合過程中，聚酰胺酸基本酰亞胺化;聚酰亞胺泡沫擁有明顯的自熄性以及難燃性特點，且在高溫分解過程中生成的發煙率偏低;聚酰亞胺泡沫具備一定的吸聲性能以及較好的耐熱性能。

參考文獻：

[1]鄧賢輝，夏浩，陳云傳，等.聚酰亞胺泡沫的研究及應用進展[J].中國膠粘劑，2016，25（01）：56-60.

[2]馬晶晶，趙一搏，酒永斌，等.硬質芳香族聚酰亞胺泡沫的研究進展[J].宇航材料工藝，2019，49（02）：1-6.

作者簡介：

李茉（1989- ），性別：女，民族：漢，籍貫：江蘇省鹽城市，學歷：本科，現有職稱：化工工程師、知識產權工程師，研究方向：化學工程。