CN110723984A - 一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轻质聚合物基复合材料技术领域，公开一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材及其制备方法。所述保温板材用气凝胶复合泡沫芯材由二氧化硅气凝胶毡及与其一体成型的泡沫层组成。步骤如下：按重量份计，称取以下各种物料：液体环氧树脂100份、可膨胀微球发泡剂10‑15份、固化剂60‑150份、促进剂0‑3份、偶联剂0‑5份，将上述物料混合均匀，得到可发泡预浸料；将二氧化硅气凝胶毡浸渍于可发泡预浸料中；浸渍完成后取出二氧化硅气凝胶毡，进行热压固化成型，即得。本发明制备得到的复合泡沫芯材同时结合泡沫良好的力学性能和气凝胶毡优异的隔热保温特性。
Description
技术领域
本发明属于轻质聚合物基复合材料技术领域，具体涉及一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材及其制备方法。
背景技术
复合材料三明治结构，不仅能够降低复合材料的成本，减轻重量，而且能够增加蒙皮的截面惯性矩从而提高结构的抗弯曲刚度。在复合材料夹芯结构中，高强、高模的蒙皮材料由连续纤维/树脂构成，主要承受面内载荷和弯曲载荷；相对较厚的轻质泡沫芯材主要承受面外剪切载荷。常用的夹芯材料主要有蜂窝结构、轻质发泡型泡沫、复合泡沫等。
薄层夹芯复合材料在电子通讯设备和汽车领域已经得到了广泛应用，它们通常需要满足三个条件：密度低、厚度薄、抗弯能力强。夹芯复合材料结构最为脆弱的部位是芯材，常见的破坏方式主要有两种，一是由于抗剪强度不够造成的剪切失效，二是由于冲击作用或湿气浸入，导致蒙皮与芯材脱粘。闭孔泡沫结构不但能够提高泡沫强度，而且可以大幅度降低湿气浸入对材料造成的损伤。目前最常用的闭孔复合泡沫为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫（PMI），其是一种综合性能优越的泡沫材料，相比其他泡沫材料，具有更高的强度、模量，同时耐热性和抗疲劳性能良好，在航空、航天、铁路机车、船舶等高科技领域得到广泛应用。但PMI泡沫工艺比较难控制，成本较高，只在特定领域得到应用。为了满足薄层复合材料的应用需求，研发一种低成本、高性能、操作方便的复合泡沫制备方法对促进行业的快速发展十分必要。
发明内容
针对目前常用PMI泡沫芯材工艺难控制、生产成本高的问题，本发明的目的旨在提供一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材，所述保温板材用气凝胶复合泡沫芯材由二氧化硅气凝胶毡及与其一体成型的泡沫层组成。
所述保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，步骤如下：
（1）、按重量份计，称取以下各种物料：液体环氧树脂100份、可膨胀微球发泡剂10-15份、固化剂20-180份、促进剂0-3份、偶联剂0-5份，将上述物料混合均匀，得到可发泡预浸料；
（2）、将二氧化硅气凝胶毡浸渍于步骤（1）得到的可发泡预浸料中；
（3）、浸渍完成后取出二氧化硅气凝胶毡，置于模具中，进行热压固化成型，即得保温板材用气凝胶复合泡沫芯材。
较好地，液体环氧树脂为环氧树脂E51、环氧树脂E44中的一种或两种的混合物。
较好地，可膨胀微球发泡剂的直径为20-80 μm。
较好地，固化剂为593固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、双氰胺、咪唑类、甲基四氢苯酐、十二烯基琥珀酸酐、三乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或两种以上的混合物。
较好地，促进剂为2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚。
较好地，偶联剂为硅烷偶联剂。
较好地，热压固化成型时的压力为0.5-1 Mpa、温度为100-110 ℃、时间为10-15min。
有益效果：
1、本发明提供一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材及其制备方法，本发明将可发泡预浸料在二氧化硅气凝胶毡表面固化成型，泡沫相当于一层封装材料包覆于气凝胶毡表面，很好地解决了气凝胶掉粉情况的发生；
2、本发明采用固化一体化成型，相比传统的PMI泡沫，本发明制备工艺简单，操作方便，成本较低，且制备得到的复合泡沫芯材具有低密度、优异的抗压强度以及良好的隔热保温特性且芯材厚度可控；
3、本发明制备得到的复合泡沫芯材同时结合泡沫良好的力学性能和气凝胶毡优异的隔热保温特性，制备得到的复合泡沫芯材后期可与纤维毡体、金属板材、石板材等结合得到性能优异的保温板材，将在航空航天、建筑铁路机车、船舶等领域实现大规模应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细、清楚地描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其步骤如下：
（1）、按重量份计，称取以下各种物料：环氧树脂E51 100份、可膨胀微球发泡剂EM40610份（日本油脂制药株式会社生产，平均直径20 μm）、593固化剂35份、促进剂2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚 0.1份、硅烷偶联剂0.2份，将上述物料混合均匀，得到可发泡预浸料；
（2）、将二氧化硅气凝胶毡浸渍于步骤（1）得到的可发泡预浸料中；
（3）、浸渍完成后取出二氧化硅气凝胶毡，置于模具中，在压力为0.5 Mpa、温度为100℃的条件下固化12 min，即得保温板材用气凝胶复合泡沫芯材。
本实施例制备得到的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的密度为0.72 g/cm3，抗压强度为3.2 Mpa，导热系数为0.069 W/m·K。
实施例2
一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其步骤如下：
（1）、按重量份计，称取以下各种物料：环氧树脂E51 100份、可膨胀微球发泡剂EHM40112份（平均直径60 μm）、甲基四氢苯酐固化剂80份、促进剂2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚 2份、硅烷偶联剂3份，将上述物料混合均匀，得到可发泡预浸料；
（2）、将二氧化硅气凝胶毡浸渍于步骤（1）得到的可发泡预浸料中；
（3）、浸渍完成后取出二氧化硅气凝胶毡，置于模具中，在压力为0.8 Mpa、温度为105℃的条件下固化12 min，即得保温板材用气凝胶复合泡沫芯材。
本实施例制备得到的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的密度为0.68 g/cm3，抗压强度为2.4 Mpa，导热系数为0.063 W/m·K。
实施例3
一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其步骤如下：
（1）、按重量份计，称取以下各种物料：环氧树脂E51 100份、可膨胀微球发泡剂TEP-16015份（平均直径80 μm）、DDSA固化剂160份、促进剂2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚 3份、硅烷偶联剂5份，将上述物料混合均匀，得到可发泡预浸料；
（2）、将二氧化硅气凝胶毡浸渍于步骤（1）得到的可发泡预浸料中；
（3）、浸渍完成后取出二氧化硅气凝胶毡，置于模具中，在压力为1 Mpa、温度为110 ℃的条件下固化10 min，即得保温板材用气凝胶复合泡沫芯材。
本实施例制备得到的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的密度为0.65 g/cm3，抗压强度为2.1Mpa，导热系数为0.058 W/m·K。
Claims (8)
1.一种保温板材用气凝胶复合泡沫芯材，其特征在于：所述保温板材用气凝胶复合泡沫芯材由二氧化硅气凝胶毡及与其一体成型的泡沫层组成。
2.如权利要求1所述的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）、按重量份计，称取以下各种物料：液体环氧树脂100份、可膨胀微球发泡剂10-15份、固化剂20-180份、促进剂0-3份、偶联剂0-5份，将上述物料混合均匀，得到可发泡预浸料；
（2）、将二氧化硅气凝胶毡浸渍于步骤（1）得到的可发泡预浸料中；
（3）、浸渍完成后取出二氧化硅气凝胶毡，置于模具中，进行热压固化成型，即得保温板材用气凝胶复合泡沫芯材。
3.如权利要求2所述的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其特征在于：液体环氧树脂为环氧树脂E51、环氧树脂E44中的一种或两种的混合物。
4.如权利要求2所述的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其特征在于：可膨胀微球发泡剂的直径为20-80 μm。
5.如权利要求2所述的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其特征在于：固化剂为593固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、双氰胺、咪唑类、甲基四氢苯酐、十二烯基琥珀酸酐、三乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或两种以上的混合物。
6.如权利要求2所述的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其特征在于：促进剂为2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚。
7.如权利要求2所述的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其特征在于：偶联剂为硅烷偶联剂。
8.如权利要求2所述的保温板材用气凝胶复合泡沫芯材的制备方法，其特征在于：热压固化成型时的压力为0.5-1 Mpa、温度为100-110 ℃、时间为10-15 min。
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