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    聚酰亞胺泡沫具有優(yōu)異的耐高低溫性能、自阻燃性能、低煙無毒、耐輻射性能等，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦艇、軌道交通等高科技領(lǐng)域。聚酰亞胺泡沫的主要制備路線是小分子二酐和二胺單體經(jīng)聚合得到聚酰亞胺酸，聚酰亞胺酸在隨后的亞胺化過程中邊發(fā)泡邊交聯(lián)，從而制備成聚酰亞胺泡沫。由于存在技術(shù)路線長、生產(chǎn)效率低、亞胺化不完全、高溫溶劑不易脫除、產(chǎn)品掉渣嚴(yán)重等問題，聚酰亞胺泡沫材料的價格極高而且產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。

聚酰亞胺微發(fā)泡粒子的形貌照片

    2010年以來，中科院寧波材料所超臨界流體綠色加工團(tuán)隊在翟文濤副研究員和鄭文革研究員的帶領(lǐng)下，以商品化低成本熱塑性聚酰亞胺樹脂為原料，開展了聚酰亞胺微發(fā)泡材料的研發(fā)工作。2012年初，研究人員解決了聚酰亞胺微發(fā)泡材料膨脹倍率不高的瓶頸，成功地制備了膨脹倍率高達(dá)50－60倍的聚酰亞胺微發(fā)泡粒子（中國發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01210170254.9；201210171721.X）。研究發(fā)現(xiàn)：所制備聚酰亞胺微發(fā)泡粒子的表觀密度為15－20kg/m³（圖1），泡孔結(jié)構(gòu)為100％的閉孔結(jié)構(gòu)，泡孔尺寸小于100微米（圖2）；另外，由于泡孔壁極薄（<5微米），微發(fā)泡材料具有很好的彈性，可以在施加壓縮力后變形，壓縮力去除后反彈。

 聚酰亞胺微發(fā)泡粒子的泡沫形態(tài)

    采用一種新穎的發(fā)泡粒子成型工藝，研究人員對發(fā)泡粒子實現(xiàn)成型，制備成具有一定形狀的、密度為30kg/m³的聚酰亞胺微發(fā)泡板（圖3）。壓縮測試表明，輕質(zhì)聚酰亞胺微發(fā)泡板的壓縮強(qiáng)度可達(dá)0.25MPa，高于同密度TEEK-H的性能（0.19MPa）。耐溫性測試表明，微發(fā)泡板在175度的熱空氣氛圍中烘烤10天沒有發(fā)生明顯變形。燃燒測試表明，微發(fā)泡板的氧指數(shù)高達(dá)38，具有自熄、低煙無毒的特點。本技術(shù)采用物理發(fā)泡路線，加工過程沒有改變原樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能，從而最大程度上保存了熱塑性聚酰亞胺樹脂的優(yōu)勢。

成型制備的聚酰亞胺微發(fā)泡板

    本技術(shù)使用低成本商品化熱塑性聚酰亞胺樹脂，材料可以連續(xù)熔融加工；技術(shù)中涉及的聚酰亞胺微發(fā)泡和隨后的發(fā)泡粒子成型均可以采用連續(xù)或者半連續(xù)的加工方式，發(fā)泡材料的加工效率高、加工成本低、產(chǎn)品的批次穩(wěn)定性好；另外，由于樹脂為熱塑性，制備過程產(chǎn)生邊角料的可以100％回收。

    目前，實驗室已搭建了中試設(shè)備，具有20kg/天生產(chǎn)聚酰亞胺微發(fā)泡粒子的制備能力。聚酰亞胺微發(fā)泡粒子半連續(xù)成型設(shè)備正在搭建中，成型設(shè)備一旦搭建成功，實驗室將具備制備尺寸為50cm×50cm×2-10mm阻燃聚酰亞胺微發(fā)泡板的能力。低廉的樹脂價格、極高的材料膨脹程度、低的發(fā)泡材料加工成本使聚酰亞胺泡沫這種先進(jìn)材料有望用于軍民兩用水面艦艇、建筑等保溫領(lǐng)域。