聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的制备、结构及性能研究

摘要

随着航天航空等特殊领域的快速发展,要求芯层材料具有更高的强度、刚度和耐热性。而通用泡沫塑料(如PE、PP等)耐热强度差,高温形变使得夹层结构的尺寸稳定性遭到破坏,不能满足上述领域的使用要求。聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫塑料作为新型高性能泡沫塑料之一,它所具有的强度和耐热性是现有泡沫塑料中最高的。目前国内在上述领域使用的PMI泡沫塑料主要是从德国进口,价格昂贵。为了打破长期依赖进口的局面,降低成本,研发具有自主知识产权的PMI泡沫塑料刻不容缓。　　本文采用自由基预聚体法制备了PMI泡沫塑料。研究了配方中各组分对PMI泡沫塑料质量的影响,确定了各组分的用量范围和制备PMI泡沫塑料的基本配方。通过傅里叶转变红外光谱分析(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TG)对PMI泡沫塑料分子结构热转变进行了研究;利用扫描电镜(SEM)和光学显微镜对PMI泡沫塑料泡孔的微观结构进行了观察;对PMI泡沫塑料的机械性能和热性能进行了测试;讨论了发泡工艺和密度对PMI泡沫塑料分子结构和性能的影响。　　结果表明:通过丙烯腈(AN)58~50份、甲基丙烯酸(MAA)42~50份、偶氮二异丁腈(ABIN)0.25~0.45份、丙烯酰胺(AM)2份、甲酰胺2~8份、碳酰胺0.5份组成的配方能够制备出质量轻、性能较高的PMI泡沫塑料。在许可范围内,调节发泡剂用量和发泡温度可制得密度不同的轻质PMI泡沫塑料,且随发泡剂用量和发泡温度的提高密度减小。BMI可用作制备高密度PMI泡沫塑料的密度控制剂,密度随BMI用量的增加而大幅度提高。少量交联剂的加入可使PMI泡沫产生一定的交联结构,可有效提高PMI泡沫塑料的一些物理机械性能。碳酰胺具有良好的成核作用,能有效减小泡沫泡孔孔径,使泡孔分布更均匀,可作为制备PMI泡沫塑料的成核剂。高温发泡和热处理过程中,PMI泡沫塑料的分子结构发生了重大转变,形成了一系列的环状结构和交联结构。PMI泡沫塑料的闭孔率高达100％,各向同性,具有优异的机械性能、耐热性能和成型加工性能,是夹层结构选用的理想芯层材料。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2泡沫塑料定义及性能

1.3泡沫塑料的分类

1.4泡沫塑料的结构

1.5泡沫塑料的发泡方法和成型原理

1.6新型高性能泡沫塑料

1.7聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料

1.8课题的研究内容及目的

第二章 实验部分

2.1实验原料与仪器

2.2聚合用玻璃模具

2.3分析测试

第三章 PMI泡沫塑料的制备及性能研究

3.1 PMI泡沫塑料的制备

3.2单体配比分析

3.3引发剂的筛选

3.4发泡剂的筛选

3.5交联剂的筛选

3.6碳酰胺对PMI泡沫塑料泡孔孔径的影响

3.7 BMI对PMI泡沫塑料密度的影响

3.8发泡工艺对PMI泡沫塑料质量的影响

3.9热处理对PMI泡沫塑料力学性能的影响

3.10密度对PMI泡沫塑料力学性能的影响

3.11 PMI泡沫塑料的热性能

3.12 PMI泡沫塑料的泡孔结构

3.13本章小结

第四章 PMI泡沫塑料分子结构热转变研究

4.1预聚过程发生的化学反应

4.2高温发泡和热处理阶段发生的化学反应

4.3 PMI泡沫塑料分子结构热转变分析

4.4本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

参考文献

附录

致谢