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法媲美的綜合性能，因此在航空航天、艦船等尖端技術領域得到廣泛應用。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自由發(fā)泡制備技術所制得的一種

2、新型聚酰亞胺泡沫材料。由于IBPIF材料的自由發(fā)泡制備技術具有制備工藝流程簡單、無需特種功能設備、原材料價格低廉等優(yōu)勢，因此可以有效降低聚酰亞胺泡沫材料市場價格，有力推動該類材料在尖端技術領域和普通技術領域的廣泛應用，得到科研工作者的廣泛關注。但是，目前通過現(xiàn)有自由發(fā)泡制備技術所制得的具有均勻、規(guī)整泡孔結構的IBPIF材料阻燃性及使用安全性較差，達不到尖端技術領域以及普通技術領域對聚合物基泡沫材料使用安全性的要求，因此IBPIF材料無法

3、在國民工業(yè)中得到廣泛應用。
　　針對目前IBPIF材料阻燃性及使用安全性較差的問題，本文依托IBPIF材料的自由發(fā)泡制備技術，通過簡單的發(fā)泡黑料與發(fā)泡白料制備配方調節(jié)實現(xiàn)具有規(guī)整、均勻泡孔結構IBPIF材料阻燃性及使用安全性的提高，主要研究內容如下：
　　依托IBPIF材料第一種自由發(fā)泡制備技術，通過直接向發(fā)泡白料中后補加二苯甲酮四酸二酐（BTDA）粉末的簡單方法，有效抑制了氨基和異氰酸酯基間副反應的進行程度。在保持材料泡孔

4、結構均勻、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BTDA粉末后補加量的逐漸提高，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BTDA粉末后補加量與前驅體溶液質量比值達到25:20時，聚酰亞胺生成量達到最大值，材料基體樹脂的成分保持恒定，此時材料的極限氧指數(shù)（LOI）值達到30％左右，阻燃級別

5、達到難燃級。
　　依托IBPIF材料第二種自由發(fā)泡制備技術，將IBPIF材料兩種自由發(fā)泡制備技術有效嫁接在一起。在保持于發(fā)泡黑料中預先引入聚酰亞胺中間體技術優(yōu)勢的同時，在發(fā)泡白料中引入多元羧酸酯，有效改善了發(fā)泡成型過程操作的可控性，降低了材料密度，同時降低了IBPIF材料中含脲基成分的生成量，保證了材料的阻燃性。當用以制備發(fā)泡黑料所使用多元酸酐質量與多元酸酐總用量比值處于0.4-0.8之間時，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值及密度與通過粉末法制備技術所制得的聚酰亞胺泡沫材料相關性能參數(shù)基本一致。
　　依托IBPIF材料第一種自由發(fā)泡制備技術，通過簡單調節(jié)發(fā)泡料漿質量與密閉容器內腔體積比值的方法使材料密度得到有效調節(jié)。測試結果表明，IBPIF材料密度的提高不但可以使材料的力學性能得到顯著增強，同時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，當材料中聚酰亞胺含量達到一定程度時，材料密度對阻燃性的影響將變

7、的很微弱。
　　依托IBPIF材料第一種自由發(fā)泡制備技術，通過直接向發(fā)泡白料中添加水滑石（LDHs）/三（1-氯-2-丙基）磷酸酯（TCPP）的簡單方法，使IBPIF材料阻燃性得到提高。實驗結果表明，固體LDHs的使用可以使IBPIF材料的宏觀及微觀泡孔結構、熱穩(wěn)定性得到有效保持，但對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的大量使用將嚴重破壞IB