储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究.pdf

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储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究1 储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究2 储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究3 储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究4 储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究5
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 70 储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究  2016年3月   储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究       李克迪,方勇,胡爱军,徐时或     (1.浙江中科恒泰新材料科技有限公司,绍兴312369;         2.中国科学院化学研究所,北京100190;3.浙江大学城市学院,杭州310015)    摘要:为合理存储和使用PMI泡沫以发挥其最佳性能,研究了PMI泡沫储存过程的吸潮性能以及吸潮后力学和耐热蠕    变性能的变化,发现PMI泡沫在暴露于潮湿空气中的前10d具有最快的吸潮速率,120d时吸潮基本达到饱和;吸潮后的常温  压缩强度与干燥时相当,但高温压缩蠕变性能下降明显。探讨了吸潮后干燥对高温压缩蠕变性能的影响。  关键词:聚甲基丙烯酰亚胺;储存期;吸潮;压缩性能;拉伸性能;压缩蠕变      中图分类号:TB332;TQ328.2文献标识码:A文章编号:1003-0999(2016)03-0070-05     1引言  聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫是一种轻质高强    的硬质泡沫材料,通常由甲基丙烯酸与(甲基)丙烯   腈经自由基共聚合得到,其泡孔为100%闭孔结构。    相较于其他开孔或半开孑L半闭孔的泡沫塑料,PMI     泡沫材料在大多数有机溶剂中可做到不溶解不溶  胀,即其耐化学腐蚀性能优异1-4]。PMI泡沫材料同 时也具备优异的力学性能和耐热性能。相同密度下    的PMI与其他泡沫塑料如PEI、PVC等相比,在剪切  模量、剪切强度和压缩强度等性能测试方面均更优  异,即同等密度条件下PMI是强度和刚度最高的泡   ℃ 沫材料J。同时,PMI耐热温度可高达240,这                  是目前所知耐热性能最优的刚性有机泡沫材      料J。PMI泡沫可承受180 ̄(2/0.7MPa的苛刻加   工环境,实现复合材料夹层结构与蒙皮的一次性共 固化,大大节约夹层复合材料的制造成本。因而, PMI泡沫作为轻质高强结构泡沫材料,现已被广泛    应用于各高新技术领域,如航空航天、交通运输、风电、船舶和医疗器械等¨’” 。J。   PMI泡沫作为一种有机高分子材料,将其长期 裸露置于空气中也将使其吸收空气中的水分子,水  将以扩散的方式进入泡沫空隙结构中¨  。虽然水    分子不会与PMI泡沫结构中的酰亚胺基发生化学 反应,但酰亚胺基团会与部分水分子形成氢键。吸 潮之后,水分子将在分子链中占据一定空间,这相当 于在共聚物中加人增塑剂,将导致材料整体变软。      最直接的表现是在成型加工过程中,吸潮后的PMI  泡沫耐高温蠕变性能下降。在PMI泡沫夹芯材料     制件使用过程中,若发生芯材吸潮,由于水分子与  PM1分子链段并未发生化学反应,这会导致在较高 的使用环境温度时,水分子将以水蒸气的形式向外 扩散。如果水蒸气的压力值很高,夹层结构的面板   和芯材之间的粘结会发生破坏,造成局部面材和芯 材之间的分离,如果局部水蒸气不能扩散出去,甚至 形成局部的气泡。这将严重影响夹芯材料制件的使   用寿命巧。  为此,研究不同包装储存条件下PMI泡沫的吸    潮特性以及吸潮对PMI泡沫性能的影响,确定合适   的PMI泡沫包装、储存、除湿工艺,对于指导PMI泡     沫的储存和使用具有重要意义。本文选取国产化       PMI泡沫CascellRS系列,研究了PMI泡沫的吸潮    特性以及吸潮对PMI泡沫力学性能和耐热性能的 影响。  2实验材料与方法  实验材料:      PMI泡沫Cascell50RS、Cascell75RS、Cascell  110RS,浙江中科恒泰新材料科技有限公司。   碳纤维预浸料HF10/HRS1,江苏恒神股份有限 公司。     吸潮处理:将三种密度的PMI泡沫先烘干至恒  重,然后切割成若干50mmX50mmX25ram的小方块     或待切割样块,裸露或用不同薄膜封装后置于恒温  恒湿箱中进行处理,处理条件详见各实验过程。  —— 收稿日期:20151008   本文作者还有杨士勇和王志嫒。    基金项目:863计划项目(2015AA033902)          作者简介:李克迪(1987.),男,硕士,工程师,主要研究方向为PMI泡沫材料。  通讯作者:胡爱军(1966.),女,硕士,高级工程师,主要研究方向为聚酰亚胺材料。  瓣赫麟 2016年第3期       玻璃钢/复合材料 71 吸潮率的计算: 吸潮率(%)= 里二堕× 1oo%  ,吸潮前  压缩强度测试:将PMI泡沫板切割成50mm×   50mmx25rnm的小方块,每组5个样品;测试标准采  用GB/T8813-  -2008。 拉伸强度/拉伸模量/断裂伸长率测试:按照 — ASTMD63810制样与测试。  压缩蠕变测试:将PMI泡沫板切割成50mm×   50mmX25Inm的小方块,每组5个样品;测试标准采   用GB/T15048--1994;不同密度样块的测试条件分   别为:50ks/nl,0.3MPa/130 ̄C/2h;75kg/In,0.3MPa/150 ̄C/2h;llOkg/In。, 0.3MPa/180 ̄C/2h。  3结果与分析  3.1PMI泡沫的吸潮特性   3.1.1裸露的PMI泡沫吸潮特性     将PMI泡沫裁成小方块裸露放置于恒温恒湿   箱中,水分子会以扩散的形式进入到泡沫孔隙结构 中,从而在分子链中占据一定的空间。水分子的渗     入最为宏观的体现是PMI泡沫的增重。通过PMI    泡沫吸潮处理前后质量的变化,可以计算出不同处    理时间的吸潮率,如图1所示。      图1CascellRS系列PMI泡沫的吸潮率随吸潮  处理时间的变化关系(25 ̄C/55%R.H.)        Fig.1Therelationshipbetweenmoistureabsorptionand         treatingtimeofCascellRSPMIfoam(25 ̄C/55%R.H.)    从图1中可以看出,CascellRS系列不同密度的 PMI泡沫在相同的温、湿度条件下吸潮率变化趋势一  致,前lOd吸潮率增长较快,这是由于机加工破坏 了泡沫表面的闭孔结构,从而导致大量水分子吸附  至PMI泡沫表层的开孔结构中;随后吸潮率缓慢增      长,在120d后趋于平稳,达到吸潮饱和。这是由于   PMI泡沫为100%闭孔泡沫材料,水分子只能缓慢地        渗透至泡沫的内层结构中。虽然三种密度的PMI  泡沫吸潮率变化趋势一致,但通过5ORS、75RS和    llORS对比可以发现,随着密度的加大,吸潮率相对     较低。这是因为随着密度的增加,PMI泡沫的孔壁  增厚,可以更有效地阻挡水分子的渗入。  为尽可能地降低吸潮,在PMI泡沫的运输与存 储过程中必须采用密封等手段,尽可能地降低泡沫 板与水蒸气的接触;拆封后需尽早使用,否则暴露于  空气中7d时,其吸潮率将迅速达到1.4%~1.7%, 为不影响其热定型与复合材料成型时的性能,需将 其充分干燥至恒重后方能继续使用。   3.1.2不同材料包装下PMI泡沫的吸潮特性  为防止吸潮,PMI泡沫在储存与运输过程中必 须密封包装。采用不同的包装材料其防潮效果不  同,如图2所示。  图2不同材料包装的PMI泡沫吸潮率随   处理时间的关系(30%/80%R.H.),         Fig.2Therelationshipbetweenmoistureabsorptionand          treatingtimeofPMIfoampackedunderdifferentmaterial  (30 ̄C/80%R.H.)      在相同条件下对比了PVDC阻隔膜、铝箔袋以    及裸露PMI泡沫在30qC/80%R.H.条件下的吸潮     程度。由图2可见,PVDC阻隔膜可以减缓PMI泡    沫的吸潮,30 ̄C/80%R.H.条件下40d时,PVDC薄   膜包装的PMI泡沫吸潮率约为裸露泡沫的40%;铝          ℃ 箔袋可以很好地防止PMI泡沫吸潮,30/80%  R.H_条件下40d时泡沫没有明显的吸潮增重。因   此铝箔袋是PMI泡沫理想的包装材料。但由于铝  箔袋成本较高,若在短期内使用时,也可以使用 PVDC类阻隔膜进行包装。  3.1.3PMI泡沫局部暴露于潮湿空气中的吸潮特性  在PMI泡沫的储存和使用过程中,有可能因为 " 们    ∞ ∞ 采/u0一}宝兰10苫  "如 如 ∞ u0甚8鼍{ 10苫  2016年第3期       玻璃钢/复合材料 73    起的压缩性能变化可基本恢复。这可能是因为PM1   分子链常温下处于玻璃态,水分子难以扩散到分子       链中,而主要吸附于泡孔壁上,因此其造成的影响 较小。  类似的,吸潮后PMI泡沫的拉伸强度也出现小 幅下降,干燥后强度恢复到与干态相当的水平,见表  2。同时可见,水分子扩大了PM1分子链间的距离,     起到分子链润滑与增塑的作用,对力学性能的影响 表现为模量的降低与断裂伸长率的提高。当泡沫经  过烘干后,相关性能恢复至与干燥态相当的水平。     表2CaseellRS系列PMI泡沫的拉伸性能随  吸潮率的变化(25 ̄C/55%R.H.)          Table2Therelationshipbetweentensilepropertyandmoisture             !!里!呈竺!!!呈!竺!羔堑丝:坚:2 a:50RS  Moistureabsorption      01.23%2.24%303% b:75RS   Moistureabsorption     01.01%1.55%2.17% C:110RS  Moistureabsorption     00.55%O.96%1.50% Tensile   Moistureabsorbed      3.623.583.593.46             strength/MPaDriedaftermoistureabsorbed3.623.703.583.64 Tensile   Moistureabsorbed   185169 170 168        modulus/MPaDriedaftermoistureabsorbed185175 181 170 Elongation   Moistureabsorbed       2.692.592.833.12 atbreak/%          Driedaftermoistureabsorbed2.592.452.752.64  3.2.2储存过程吸潮对高温成型过程的影响  由于常温时PM1分子链处于玻璃态,水分子对   分子链影响小,因此吸潮对常温力学性能影响较小, 但高温成型时,PM1分子活性增加,水分子容易进入      分子链间,且由于高温时水分子活性大,对PM1分 子链的增塑作用非常明显。我们采用高温蠕变性能   来表征水分子对PMI泡沫粘弹性的影响。     ℃    实验前,先将样品在温度为25、相对湿度为  55%的条件下放置120d,使之充分吸潮,再根据样品              密度选择相应的蠕变测试条件。分别为50RS:℃  130/0.3MPa/2h;75RS:150 ̄C/0.3MPa/2h,110RS: 180 ̄(2/0.3MPa/2h;当样品需要烘干时,烘干条件均   为130 ̄C/4h,烘干后所有样块均达到恒重。    从图5中可以看到,Cascell50RS吸潮后直接进   行压缩蠕变测试时,压缩蠕变百分率随吸水率增加  ℃ 而增加,蠕变率提高了4倍左右。经130/4h烘干 后,压缩蠕变百分率降低,基本恢复到干燥态性能水   平;图6与图7中,75RS与110RS吸潮后的压缩蠕     变变化趋势与50RS类似,其中110RS的压缩蠕变   百分率增长剧烈。这是因为110RS在180 ̄(2高温下 测试,此时PM1分子链处于高弹态,分子链间隙大, 运动活跃,更容易受到水分子的影响。   图5Cascell50RS压缩蠕变与吸潮率的关系 (130"12/0.3MPa/2h)         Fig.5Therelationshipbetweencompressivecreepandmoisture    absorptionofCaseell50RS(130 ̄C/0.3MPa/2h)    图6Cascell75RS压缩蠕变与吸潮率的关系 (150 ̄C/0.3MPa/2h)         Fig.6Therelationshipbetweencompressivecreepandmoisture   ℃ absorptionofCascell75RS(150/0.3MPa/2h) 74 储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究  2016年3月        图7Cascell110RS压缩蠕变与吸潮率的关系 (180 ̄/0.3MPa/2h)         Fig.7Therelationshipbetweencompressivecreepandmoisture     absorptionofCascell110RS(180 ̄(:/0.3MPa/2h)      从图5一图7中可以发现,CascellRS泡沫在经 过存放吸潮后,再通过进一步的干燥处理,虽然压缩  蠕变量有增加趋势,但其总量仍小于l%,可满足泡   沫芯材制备成型工艺的需求。此外,在潮湿环境中     长期储存过的PMI泡沫材料在高温成型前,必须经  过干燥处理。建议干燥工艺为泡沫厚度小于40mm    时,130oC干燥4h;此后每增加10mm厚度需增加1h   干燥时间。研究发现,采用干燥处理得到的PMI芯 材用于制备夹心复合材料时,可有效控制复合材料  芯材的蠕变量。   4结论       (1)PMI泡沫暴露于潮湿空气中时会快速吸  潮,因此需采用密封包装并做到即拆即用;  (2)吸潮会使PMI泡沫的常温力学性能略有下 降,烘干后性能可基本恢复;  (3)随着成型温度的升高,吸潮对PMI泡沫的      高温蠕变性能影响增大。高温成型前对PMI泡沫  进行除水处理,可有效改善其蠕变性能。 参考文献  [1]詹茂盛,王凯.聚酰亚胺泡沫[M].北京:国防工业出版社, 2010:11-16. [2]张翠,张广成,陈挺,等.AN/MAA/AM三元共聚物的合成及性 能研究[J].热固性树脂,2006,21:9-13.   [3]张乐,张广成,米星宇,等.高密度PMI泡沫塑料的制备、结构— 与性能研究[J].宇航材料工艺,2012(6):6064.  [4]刘燕青,黄安民,刘婷,等.聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的制备— 及研究现状[J].塑料科技,2012,40:8690.  [5]杨士勇,胡爱军,王志媛,等.一种聚丙烯酰亚胺类泡沫材料及  — 其制备方法:CN101328243A[P].200706・20. [6]胡爱军,王志媛,金诤,等.泡沫夹芯型吸波隐身结构复合材料 的发展趋势[J].宇航材料工艺,2009(1):1.4. [7]杨士勇,胡爱军,陶志强,等.阻燃性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材   料及其制备方法与应用:cN101463107A[P].2009叭一15.     — [8]SchebleJ,GeyerW,SeibertH.ThermostableMicroporousPoly  —— methacrylimideFoams:US0077442[P].20070405.  [9]鲁平才,阮诗平.耐高温微细孔结构PMI泡沫的制备及研究 — [J].广州化工,2011,39:7173.        [10]HermannSeibert.ApplicationsforPMIfoamsinaerospacesandwich  structures[J].Reinforcedplastics,2006,44・48.  [11]胡培.航空航天泡沫夹层结构的设计[J].航空制造技术,—  2012,18:99104.      [12]孙春方,李文晓,薛元德,等.高速列车用PMI泡沫力学性能   研究[J].玻璃钢/复合材料,2006(4):13-15. (13]曹明法,胡培.船用玻璃钢/复合材料夹层结构中的泡沫芯材 [J].江苏船舶,2004(2):3-6. [14]鲁平才,阮诗平,焦自保.低吸水性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑  — 料的制备方法及其应用:CN102675796A[P].201209-19.    [15]孙士勇.泡沫夹芯复合材料界面断裂机理和增韧研究[D].大   连:大连理工大学,2010.      SHELFLIFEPROPERTYOFPOLYMETHACRYLIMIDE(PMI)FOAMCORE        — uKe-di,FANGYong,HUAi-jun,XUShiyu      (1.CashemAdvancedMaterialsHi・techCo.,Ltd.,Shaoxing312369,China;        2.InstituteofChemistry,TheChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China;    3.CityCollege,ZhejiangUniversity,Hangzhou310015,China)               — Abstract:InordertorealizethebestperformanceofPMIfoamunderrationalstoragecondition,thispaperin             — vestigatedthemoistureabsorptionperformance,themechanicalandthermalcreeppropertiesaftermoistureabsorp                      tionofPMIfoam.Itisfoundthat,PMIfoamhasthefastestabsorptionrateinthefirst15daysafterbeingexposedto             humidityair.Moistureabsorptionsaturatesafteraround120days.Thecompressionstrengthaftermoistureabsorption               — isconsistentwiththedriedoneintheroomtemperature.However,thehightemperaturecompressivecreepperform              ancedeclinessignificantly.Theimpactofcompressivecreepperformanceafterdryingwasalsodiscussed.     — Keywords:p0lymethacrylimide;shelflife;moistureabsorption;compressionproperty;tensileproperty;corn  pressivecreep    /dop^laJdg0u
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