CN101343413B - 双马来酰亚胺发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双马来酰亚胺发泡材料及其制备方法。该发泡材料按重量计，由100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺/0，0’-二烯丙基双酚A预聚体和3～12份发泡剂组成。其制备方法是，将100份双马来酰亚胺树脂和43～103份二烯丙基双酚A树脂在120～150℃共混后得到预聚体，按每100份预聚体中加入3～12份发泡剂，混合均匀，放入预热的模具中，在140～180℃下发泡35～10min后，在140～200℃固化4～8h，再在220～240℃后处理4～10h，得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。它可应用于对材料轻质、耐热性能、介电性能及力学性能要求高的场合，也可作为芯材用于成型高性能复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能双马来酰亚胺发泡材料及其制备方法，属于高分子泡沫材料的制备领域。
背景技术
泡沫材料是一类轻质材料，这种材料具有良好的减振和能量吸收能力，因此，作为有效的防护材料在众多领域扮演重要角色。随着社会的进步，航空、航天、电子等尖端科技领域对高性能结构/功能泡沫材料的需求日益增长，特别是那些具有突出的耐高温、介电性能、阻燃型、良好的机械性能以及良好的成型工艺性的高性能泡沫材料。
目前，较普遍应用的泡沫塑料有酚醛、脲醛，硬质聚氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等，但是它们不能兼具突出的耐热性和介电性能，此外还都各自存在明显的不足。例如酚醛、脲醛泡沫塑料虽具有较高的耐热、自熄性能，但其吸水率高、脆性大，而且酚醛泡沫的强度随容重的变化会产生大幅度波动；聚氯乙烯泡沫材料的力学性能较好，能阻燃，但高温或燃烧时产出熔滴，且放出浓烟和有毒气体；聚氨酯、聚苯乙烯泡沫塑料的耐热性低，材料的尺寸稳定性差。由此可见，现有常规泡沫材料很难兼具突出的耐高温、介电性能、阻燃型、良好的机械性能以及良好的成型工艺性。因此，研发一种新型高性能泡沫材料具有重要的意义。
双马来酰亚胺(BMI)是目前高性能热固性树脂的典型代表，其作为高性能胶粘剂、先进复合材料树脂基体等已成功应用于航空航天、电子电器和交通运输等众多尖端工业领域中。然而，针对BMI树脂或改性BMI树脂的泡沫材料的研究却只开展了初期工作。例如，黄志雄等人在公开发表的题为“增韧双马来酰亚胺泡体的研究”一文中([J]武汉理工大学学报，2001，23(4)：5～13)，提供了一种制备端羧基丁腈橡胶改性双来酰亚胺泡沫体的成型工艺；车剑飞等人在“改性双马来酰亚胺的发泡研究”一文中([J]现代塑料加工与应用，1994，6(6)：26～30)，提供了一种自制的改性双马来酰亚胺(BMI)树脂，并公开了应用该双马来酰亚胺发泡的配方和工艺。按上述技术方案所制得的泡沫材料具有良好的热性能、阻燃性能、力学性能等，但是，由于发泡工艺中添加了较多填料和助剂，使得获得的泡沫材料的介电性能不佳。因此，如何提供一种兼具突出的耐高温、介电性能、良好的机械性能以及良好的成型工艺性的高性能泡沫材料及其制备方法具有重要的科学和工程价值。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种同时具有良好的耐热性能和介电性能及力学性能，且成型工艺简单的高性能双马来酰亚胺发泡材料及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双马来酰亚胺发泡材料，按重量计，它由100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺/0，0′-二烯丙基双酚A预聚体和3～12份发泡剂组成；所述的预聚体中，N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺与0，0′-二烯丙基双酚A的重量比为100：43～103。
一种制备上述双马来酰亚胺发泡材料的方法，步骤如下：
1)按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和43～103份0，0′-二烯丙基双酚A在120～150℃的温度条件下共混，待混合物透明后保温30～70min得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体；
2)当预聚体温度降至50℃以下后，在每100份预聚体中加入3～12份发泡剂，混合均匀，得到预发泡体；
3)将预发泡体放入预热至发泡温度的模具中，在140～180℃的温度条件下发泡处理35～10min，在140～200℃的温度条件下固化处理4～8h，再在220～240℃的温度条件下后处理4～10h，得到双马来酰亚胺发泡材料。
所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二碳酸胺、偶氮二碳酸二异丙脂和偶氮甲酰胺甲酸钾中的一种或它们的任意组合。
与现有技术相比，本发明由于采用了高性能的N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和0，0′-二烯丙基双酚A树脂为主要原料，因此，所制得的双马来酰亚胺发泡材料兼具突出的耐热性和优异的介电性能，以及良好的力学性能和成型工艺性。还由于在本发明的发泡过程没有添加其它的填料和助剂，保证了所制得的泡沫材料具有优异的介电性能，特别是低介电损耗值。同时，本发明所述的制备方法还具有成型工艺简单、材料来源方便的特点。该类泡沫材料可以独立应用于对材料轻质、耐热性能、介电性能及力学性能要求高的场合，也可作为高性能芯材用于成型高性能复合材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和43份0，0′-二烯丙基双酚A在130℃的温度条件下共混，待混合物透明后保温30min，得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体。
当预聚体温度降至50℃以下后，加入10份偶氮二甲酰胺，混合均匀，得到预发泡体。
将预发泡体放入140℃的模具中，在140℃下发泡35min后，分别按照140℃/2h+160℃/2h+180℃/2h+200℃/2h工艺进行固化处理，再进行240℃/4h后处理，即得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。测得其在1MHz频率下的介电常数为1.57，介电损耗值为0.0025。
实施例2
按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和67份0，0′-二烯丙基双酚A在130℃共混，待混合物透明后保温30min，得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体。当预聚体温度降至50℃以下后，加入15.3份偶氮二甲酰胺，混合均匀，得到预发泡体。将预发泡体放入160℃的模具中，在160℃下发泡30min后，分别按照160℃/2h+180℃/2h+200℃/2h以及240℃/4h工艺进行固化与后处理，即得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。测得其在1MHz频率下的介电常数和介电损耗值分别为1.54和0.0009。
实施例3
按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和80份0，0′-二烯丙基双酚A在140℃共混，待混合物透明后保温40min，得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体。当预聚体温度降至50℃以下后，加入16.2份偶氮二甲酰胺，混合均匀，得到预发泡体。将预发泡体放入160℃的模具中，在160℃下发泡20min后，分别按照160℃/2h+180℃/2h+200℃/2h以及220℃/10h工艺进行固化与后处理，即得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。其在1MHz频率下的介电常数和介电损耗值分别为1.75和0.0050。
实施例4
按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和80份0，0′-二烯丙基双酚A在120℃共混，待混合物透明后保温60min，得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体。当预聚体温度降至50℃以下后，加入15份偶氮二碳酸胺，混合均匀，得到预发泡体。将预发泡体放入150℃的模具中，在150℃下发泡15min后，分别按照150℃/1h+160℃/2h+180℃/2h+200℃/2h以及230℃/8h工艺进行固化与后处理，即得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。其在1MHz频率下的介电常数和介电损耗值分别为1.70和0.0029。
实施例5
按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和103份0，0′-二烯丙基双酚A在135℃共混，待混合物透明后保温70min，得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体。当预聚体温度降至50℃以下后，加入24.36份偶氮二碳酸二异丙脂，混合均匀，得到预发泡体。将预发泡体放入140℃的模具中，在140℃下发泡22min后，分别按照140℃/2h+160℃/2h+180℃/2h+200℃/2h以及220℃/10h工艺进行固化与后处理，即得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。其在1MHz频率下的介电常数和介电损耗值分别为1.70和0.0021。
实施例6
按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和60份0，0′-二烯丙基双酚A在135℃共混，待混合物透明后保温50min，得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体。当预聚体温度降至50℃以下后，加入3.8份偶氮二甲酰胺和1.0份偶氮甲酰胺甲酸钾，混合均匀，得到预发泡体。将预发泡体放入145℃的模具中，在145℃下发泡25min后，分别按照150℃/1h+160℃/2h+180℃/2h+200℃/2h以及220℃/10h工艺进行固化与后处理，即得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。其在1MHz频率下的介电常数和介电损耗值分别为2.70和0.0060。
实施例7
按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和70份0，0′-二烯丙基双酚A在130～135℃共混，待混合物透明后保温50min，得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体。当预聚体温度降至50℃以下后，加入10份偶氮二甲酰胺和5.3份偶氮二碳酸二异丙脂，混合均匀，得到预发泡体。将预发泡体放入150的模具中，在150℃下发泡22min后，分别按照160℃/2h+180℃/2h+200℃/2h以及230℃/8h工艺进行固化与后处理，即得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。其在1MHz频率下的介电常数和介电损耗值分别为1.57和0.0009。
实施例8
按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和70份0，0′-二烯丙基双酚A在130℃共混，待混合物透明后保温40min，得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体。当预聚体温度降至50℃以下后，加入15份偶氮二甲酰胺，混合均匀，得到预发泡体。将预发泡体放入180℃的模具中，在180℃下发泡10min后，分别按照140℃/2h+160℃/2h+180℃/2h+200℃/2h以及220℃/10h工艺进行固化与后处理，即得到高性能双马来酰亚胺发泡材料。其在1MHz频率下的介电常数和介电损耗值分别为1.62和0.0015。
Claims (2)
1.一种双马来酰亚胺发泡材料，其特征在于：按重量计，它由100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺/0，0′-二烯丙基双酚A预聚体和3～12份发泡剂组成；所述的预聚体中，N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺与0，0′-二烯丙基双酚A的重量比为100∶43～103；所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二碳酸二异丙酯和偶氮甲酰胺甲酸钾中的一种或它们的任意组合。
2.一种制备权利要求1所述的双马来酰亚胺发泡材料的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)按重量计，将100份N，N′-4，4′-二苯甲烷双马来酰亚胺和43～103份0，0′-二烯丙基双酚A在120～150℃的温度条件下共混，待混合物透明后保温30～70min得到双马来酰亚胺/二烯丙基双酚A预聚体；
2)当预聚体温度降至50℃以下后，在每100份预聚体中加入3～12份发泡剂，混合均匀，得到预发泡体；
3)将预发泡体放入预热至发泡温度的模具中，在140～180℃的温度条件下发泡处理35～10min，在140～200℃的温度条件下固化处理4～8h，再在220～240℃的温度条件下后处理4～10h，得到双马来酰亚胺发泡材料；
所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二碳酸二异丙酯和偶氮甲酰胺甲酸钾中的一种或它们的任意组合。
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