聚甲基丙烯酰亚胺pmi泡沫塑料的制备与表征-1

聚甲基丙烯酰亚胺（ PMI）泡沫塑料的制备与表征Preparation and Characterization of Polymethacrylimide Foams报告人：谢克磊Speaker:Xie Ke-lei 指导教师：曲春艳Adviser: Qu Chun-yan 本报告分为四部分：1 引言2 实验部分3 结果与讨论4 结论1 引言聚甲基丙烯酰亚胺 （ PMI） 泡沫塑料介绍 。1.1 分子结构：Methacrylic acid Methacrylonitrile Methacrylimide1.2 性能特点：（ 1） 成型加工容易；（ 2）可热压成形；（ 3） 与其他树脂或塑料的兼容性好；（ 4） 耐化学腐蚀性能优异；（ 5） 高强度重量比（见表 1）；（ 6） 具有良好的耐热变形能力、耐蠕变性和绝缘性；品种 比抗拉强度 （MPa/kg） cm3比弹性模量（ MPa/kg） cm3PUR 0.2 0.75PVC 0.22 0.78PMI 0.3 1.35Table.1Strength-to-weight ratio comparison of PMI to PUR and PVCFigure 2: PMI cored components for Delta 4: payload fairing; payload adapter; interstage; centre body;thermal shield; booster nose cones.Figure 1: Fully-bagged half payload fairing for the Delta 2.A340A380Precisely machined and thermoformed A-profiles.Figure 3Westlands EH101 helicopterFigure 4:Figure 5Duewag设计的轻量化的有轨电车车体中段SchindlerTechnik公司制造的自承载式货车车体图 6图 7Types ApplicationsRohacell IG 工业用Rohacell P 压制成形，非均质Rohacell A 航空用Rohacell WF 要求较高热变形温度的航空用制品Rohacell XT 弹道导弹截击机（ BMI）应用的航空制品Rohacell HF 高频应用Rohacell FX 要求高断裂伸长率的制品Rohacell S 自熄性品种Rohacell LS 扬声器应用Rohacell EC 电异型1.3 国内外的发展状况Table.2 Main types and applications of PMI foamsROHACELLTypeDensityKg/m3Compression strength MPaTensile strengthMPaBending strengthMPaShearstrengthMPaTensile modulusMPaBreaking elongation %Heat shape retention temperature31 IG 32 0.4 1.0 0.8 0.4 36 3.5 18051 IG 52 0.9 1.9 1.6 0.8 70 4.0 18071 IG 75 1.5 2.8 2.5 1.3 92 4.5 180110 IG 110 3.0 3.5 4.5 2.4 160 4.5 180P170 170 6.5 7.5 10.5 4.5 320 5.0 130P190 190 7.8 8.5 12.5 5.5 380 6.0 13031A 32 0.4 1.0 0.8 0.4 36 3.5 18051A 52 0.9 1.9 1.6 0.8 70 4.0 18071A 75 1.5 2.8 2.5 1.3 92 4.5 18051WF 52 0.8 1.6 1.6 0.8 75 3.0 20571WF 75 1.7 2.2 2.9 1.3 105 3.0 200110WF 110 3.6 3.7 5.2 2.4 180 3.0 200200WF300WF2053009.015.76.810.312.0 5.07.83503673.53.520019051S 52 0.7 1.1 1.6 0.6 50 3.5 19071S 75 1.5 1.9 2.9 1.2 90 3.5 190110S 110 2.8 3.2 5.2 2.2 150 3.5 190Table.3 Main types and performances of PMI foams2 实验部分原料 规格 来源甲基丙烯酸 (MAA) 分析纯 天津市科密欧试剂开发中心甲基丙烯腈 (MAN) 分析纯 美国 ACROS ORGANICS公司过氧化二苯甲酰 (BPO) 分析纯 上海沁威化工有限公司偶氮二异丁腈 （ AIBN） 分析纯 上海沁威化工有限公司过氧化苯甲酸叔丁酯 (TBPB)N,N-二甲基甲酰胺 （ DMF）分析纯分析纯南通大晟化学品有限公司国药集团化学试剂有限公司正丁醇 分析纯 国药集团化学试剂有限公司叔丁醇 分析纯 国药集团化学试剂有限公司氧化镁 分析纯 市售2.1实验原料MAAMANMixed monomers MgOInitiators Blowing agentsDissolved with stiring The reactive mixed solutionsPre-polymerizationPost-polymerizationExpandable MAA/MANcopolymersPre-heating Foaming Post-treatment PMI foams2.2 PMI 泡沫塑料的制备3 结果与讨论3.1 共聚反应过程的研究：（ 1）可发泡的 MAA/MAN共聚物的制备按照本体浇注的方法进行，反应过程中体积收缩大；（ 2） MAA和 MAN发生自由基共聚反应；反应方程式如（ 1）所示。（ 3） 采用 BPO和 TBPB作为引发剂， DMF可与之构成氧化还原引发体系， 反应在较低的温度下有理想的聚合速度；（ 4）生成的 MAA/MAN共聚物具有一定的交联度。3.2 发泡过程的研究3.2.1 发泡过程机理的研究：（ 1） PMI泡沫塑料的成型和定型过程分为气泡核的形成、气泡核的膨胀和泡体的固化成型三个阶段；（ 2） 气泡核的形成按照分子架理论进行；（ 3） 聚合物中相邻的 MAA和 MAN链节会发生环化反应生成六元酰亚胺结构，反应方程式如 （ 2） 所示；（ 4） 聚合物中的聚甲基丙烯腈嵌段相邻的 -CN会发生分子重排反应，形成梯形结构，反应方程式如 （ 3） 所示；（ 5） 聚合物中的 聚甲基丙烯酸嵌段中相邻的 -COOH之间发生脱水反应生成六元酸酐环结构，反应方程式如 （ 4） 所示。3.2.2 两步法发泡图 8 PMI泡沫塑料的制备工艺Fig.8 The preparation process of PMI foams(1)Preheating time(2)Foaming time with preheating(3)Foaming time without preheating3.2.3 泡沫塑料的热处理1 除去可能残余的发泡剂分子；2 提高分子链上的成环率。Density（Kg/cm3）Compression strength(MPa)Tensile strength(MPa)Bending strength(MPa)Tensile modulus(MPa)Breaking elongation (%)205 9.5 6.7 16.3 238 3.9Tab.4 Main performances of polymethacylimide foams3.3 PMI泡沫塑料的机械性能Fig. 9.FTIR curves of expandable MAN/MAA copolymers and their foamsa- expandable MAN/MAA copolymers b-PMI foams before heat treatmentc- PMI foams after heat treatment3.3 红外光谱分析3.4 PMI泡沫泡孔结构分析Fig.10. Microgram of polymethacrylimide foams3.5 耐热性分析3.5.1差示扫描量热法 （ DSC） 分析Fig.11. DSC curve of polymethacrylimide foams3.5.2 热失重 （ TG） 分析Fig.12. TG curve of PMI foams4 结论( ) 以 MAN和 MAA为单体加入引发剂、发泡剂、交联剂、促进剂，采用本体浇注的方法，经自由基共聚合制得可发泡的MAN/MAA共聚物，再经高温发泡和后处理后可制得性能优异的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料。 ( ) 通过红外光谱分析发现，在发泡过程中，发生了环化反应生成了六元酰亚胺环状结构，所制得