摘要：四川大学邹华维教授团队通过结合微波辅助发泡和后固化工艺，以不同分子链结构的聚酯铵盐（PEAS）前驱体粉末制备轻质柔性聚酰亚胺泡沫(PIF)，通过调控PEAS熔融速率、粘度，控制挥发释放匹配，实现泡沫微-纳米多尺度结构的调控，成功制备出系列结构与性能可控的轻质柔性高回弹聚酰亚胺泡沫材料，在航空、航天、装备等领域具有重要应用价值。
关键词：聚酰亚胺泡沫, 微波辅助发泡, 轻质柔性, 高回弹, 防隔热性能
聚合物泡沫由于其低密度、优异的隔热和隔音性能、良好的弹性和高比强度等特点，在日常生活中被广泛使用。其中，聚酰亚胺泡沫（PIFs）由于其卓越的热稳定性、防隔热性能和结构可设计性，在高端装备领域具有重要应用。芳香族PIFs分子链中含有苯环和亚胺环，这使它们具有突出的热稳定性、耐高低温、防隔热和本征阻燃特性，以及优异的耐腐蚀性和耐辐射性等。
迄今为止，人们提出了几种制备方法，如基于芳香族二酐和芳香族二胺的粉末发泡法、微球发泡法、糊发泡法，以及基于芳香族二酐和异氰酸酯为主要原料的一步发泡法等来制备PIFs，其中粉末发泡法因其便于实施而被广泛采用。此外，微波辅助发泡法具有易实施、节能和快速发泡等优点，正成为一种高效且可规模化生产的制备方法。
四川大学邹华维教授团队结合微波辅助发泡和粉末发泡方法，制备出系列高性能PIFs，微波辅助发泡保证了多孔泡沫单元的快速形成，随后的热处理（即后固化）保证了PIFs分子链结构的完全亚胺化和泡沫最终成型。通过在不同分子结构的二胺和二酐之间进行聚合，得到了粒径小于200μm的PEAS粉末，采用微波辅助发泡得到部分亚胺化的PIFs，随后通过高温后固化获得完全亚胺化的PIFs。PEAS前驱体的最佳发泡温度为85~135℃，通过调整PEAS的熔化速率和粘度以满足快速制备PIFs的挥发份释放速率。通过上述方法制得的PIFs具有极高的开孔率（99.99%），微米级的孔径（400~500μm）和微/纳多尺度结构，表现出良好的压缩-回弹特性(图1)。此外，PIFs表现出优异的热稳定性和耐热性能(T5% max= 562℃, R800 max=61.1%, Tg>270℃)，低热导率和卓越的防隔热性能(图2)，在航空航天、海洋船舶、微电子等高科技领域具有重要应用价值。
相关工作以“Combining Microwave-assisted Foaming and Post Curing Process to Prepare Lightweight Flexible Polyimide Foams for Thermal Insulation Applications“为题，发表在《Macromolecular Materials and Engineering》期刊（DOI: 10.1002/mame.202100941）上。四川大学高分子研究所/高分子材料工程国家重点实验室硕士研究生倪龙为论文第一作者，四川大学邹华维教授、周生态副研究员为论文共同通讯作者。
图1 PIFs的压缩应力-应变曲线: (a) PIFBTDA-ODA; (b) PIFBTDA-MDA; (c) PIFBTDA-DMBZ; PIF在20%应变下的循环压缩应力-应变曲线: (d) PIFBTDA-ODA; (e) PIFBTDA-MDA; (f) PIFBTDA-DMBZ; (g) PIFBTDA-ODA的压缩恢复过程
图2 使用红外热成像仪监测PIFs的顶部表面温度, 所有样品均被放置在200℃的预热台上: (a) PIFBTDA-ODA；(b) PIFBTDA-MDA；(c) PIFBTDA-DMBZ
原文信息
Combining Microwave-assisted Foaming and Post Curing Process to Prepare Lightweight Flexible Polyimide Foams for Thermal Insulation Applications
Long Ni, Yinfu Luo, Baowei Qiu, Liwei Yan, Huawei Zou*, Shengtai Zhou*, Mei Liang, Pengbo Liu，Macromolecular Materials and Engineering
DOI: 10.1002/mame.202100941
