吳斌 張秋華 陳文軍 吳華敏（廣東埃力生高新科技有限公司,廣東 清遠(yuǎn) 513044）

具有抗紅外輻射特性的聚酰亞胺氣凝膠的制備及其性能的研究

吳斌 張秋華 陳文軍 吳華敏（廣東埃力生高新科技有限公司,廣東 清遠(yuǎn) 513044）

本文以均苯四甲酸酐（PMDA），二苯醚二胺（ODA）為合成單體，在通入惰性氣體的條件下，聚合得到聚酰胺酸（PAA）溶液，然后向其中加入紅外輻射阻斷劑，待其凝膠后對其進(jìn)行熱酰亞胺化處理，最后經(jīng)超臨界干燥得到具有抗紅外輻射特性聚酰亞胺（PI）氣凝膠。文中使用不同類型的紅外輻射阻斷劑對其密度及抗紅外輻射性能進(jìn)行了對比研究。

聚酰亞胺氣凝膠；抗紅外輻射

氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互聚結(jié)形成納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（孔徑主要在幾十納米范圍內(nèi)），并在納米孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的一種高分散固態(tài)納米材料，其具有低密度（0.003g/cm3~0.5g/cm3）、高孔隙率（70%~99.8%）、高比表面積（100m2/g~1600m2/g）、低熱導(dǎo)率及低聲阻抗等特點，可應(yīng)用于隔熱材料、隔音材料、催化劑載體、藥物緩釋材料、吸附材料和低介電材料等。PI氣凝膠是有機(jī)氣凝膠的一種，與純無機(jī)氣凝膠相比具有良好的力學(xué)性能和柔韌性能，同時具有低熱導(dǎo)率，制成的薄膜具有很好的柔韌性，可彎曲、折疊，在航空航天飛行器的防/隔熱系統(tǒng)、飛行器液氫與液氧儲罐、潛艇聲阻隔系統(tǒng)、空間飛行器行星際進(jìn)入—減速—著陸系統(tǒng)、高超音速充氣氣動減速器用熱防護(hù)系統(tǒng)、宇航服以及微帶貼片天線等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

1 PI氣凝膠的制備方法

PI氣凝膠的制備方法主要有以下兩種：第一種是兩步法，該方法首先由胺和酐反應(yīng)制得PAA溶液，然后對其進(jìn)行酰亞胺化處理從而得到PI溶液，經(jīng)凝膠、老化、超臨界二氧化碳干燥后獲得PI氣凝膠，酰亞胺化的方法有兩種，分別為熱酰亞胺化和化學(xué)酰亞胺化，熱酰亞胺化使PAA在高溫下脫水變?yōu)镻I，化學(xué)酰亞胺化采用酸酐和堿性催化劑來使PAA脫水變?yōu)镻I；第二種是異氰酸酯法，該方法采用二酐與異氰酸酯反應(yīng)直接制得PI溶液，該溶液在室溫下凝膠后通過超臨界二氧化碳干燥得到相應(yīng)的PI氣凝膠。

本文擬采用兩步法制備PI氣凝膠。

2 實驗部分

2.1 主要原料與試劑

均苯四甲酸酐（PMDA），二苯醚二胺（ODA），N－甲基吡咯烷酮（NMP），丙酮；

紅外輻射阻斷劑：納米炭氣凝膠微粉，納米二氧化鈦氣凝膠微粉、納米氧化鐵氣凝膠微粉、納米氧化鋁氣凝膠微粉、納米二氧化硅氣凝膠微粉；

液態(tài)氮氣，液態(tài)二氧化碳等。

2.2 實驗儀器

用WNK-2000智能型雙平板導(dǎo)熱系數(shù)測定裝置測試其不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。

2.3 制備過程

將反應(yīng)器做脫水處理，并將真空度設(shè)置在＜40Pa以下，在惰性氣體氛圍的保護(hù)下，將PMDA和ODA按1：1的摩爾比投入裝有NMP的反應(yīng)器中進(jìn)行聚合反應(yīng)，溫度控制在25℃，攪拌時間5h，得到溶液A。按溶液A質(zhì)量的3%加入納米炭氣凝膠微粉，并用超聲波振蕩30min，得到混合液B。將混合液B注入模具內(nèi)老化48h，得到凝膠C。將丙酮浸沒凝膠C，保持真空度在< 40Pa以下進(jìn)行壓力浸滲4h，然后取出完成溶劑置換的凝膠C，將其放入真空度在<100Pa以下，溫度控制在100℃的反應(yīng)器內(nèi)處理24h，得到凝膠D。采用CO2超臨界干燥的方法干燥凝膠D，干燥條件為8Mpa，40℃，干燥4~6h，即可得到含納米炭氣凝膠微粉的PI氣凝膠。重復(fù)以上步驟，加入其它微粉，即可制備得到含不同紅外輻射阻斷劑的PI氣凝膠。

3 結(jié)果與討論

3.1 密度分析

表1為添加不同種類的紅外輻射阻斷劑所制備PI氣凝膠及其密度的對照表。由表1可以看出，所添加的紅外輻射阻斷劑對PI氣凝膠的密度影響不大。

3.2 導(dǎo)熱系數(shù)分析

表2為添加不同種類紅外輻射阻斷劑所制備PI氣凝膠在不同平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)表。由表2可以看出平均溫度在100℃左右時，PIA～PIE的導(dǎo)熱系數(shù)是相接近的，但隨著平均溫度的升高，具有抗紅外輻射特性的PI氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高的數(shù)值是低于沒有抗紅外輻射特性的PI氣凝膠的。

4 結(jié)論

（1）因所引入的紅外輻射阻隔劑的特性，所制備的PI氣凝膠密度基本不受影響。

（2）添加不同種類紅外輻射阻斷劑所制備PI氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化情況表明了制備PI氣凝膠所復(fù)合的紅外輻射阻斷劑有效地起到了抑制紅外輻射的作用，減少了熱輻射的穿透，有效維持了其在高溫下的使用時的隔熱效果，從而拓寬了聚酰亞胺氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域。