PMI泡沫塑料在國內(nèi)外的研究與應(yīng)用簡介

第頁聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）泡沫塑料于1962由德國羅姆公司（德固賽的前身）開發(fā)出來，1971年代實現(xiàn)工業(yè)化，1972年開始應(yīng)用于航空領(lǐng)域。如今，PMI泡沫的應(yīng)用領(lǐng)域已很廣泛，近年來國內(nèi)外的其他機構(gòu)也開始了對該高性能泡沫的開發(fā)研究。同密度的情況下，PMI泡沫具有比其他聚合物泡沫材料更高的抗壓縮強度和剛度、更優(yōu)異的耐高溫和耐濕熱性能、以及更好的抗高溫蠕變性能和尺寸穩(wěn)定性，其突出的耐熱性能和高溫下優(yōu)異的抗蠕變性能使其能承受碳纖維/環(huán)氧、碳纖維/雙馬等樹脂復(fù)合材料的高溫固化工藝條件，可實現(xiàn)泡沫夾芯及預(yù)浸料的一次共固化，廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)件的制造。此外，由于聚甲基丙烯酰亞胺泡沫采用固體發(fā)泡工藝制造，故泡沫材料的閉孔率高，孔徑分布均勻，一致，吸濕率低。上述性能特點使其在航天、航空、艦船、高速列車、風(fēng)力發(fā)電等許多技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。1國外應(yīng)用狀況縱觀國內(nèi)外市場，目前德固賽的ROHACELL還處于壟斷地位。ROHACELL的型號及應(yīng)用領(lǐng)域具體如下：ROHACELL型號應(yīng)用IG主要用于運動器材，醫(yī)療床板，風(fēng)機葉片和音響喇叭，是最常用的ROHACELL類型IG-F力學(xué)性能基本和ROHACELLIG相同，孔隙更小。A用于航空航天領(lǐng)域，共固化工藝溫度壓力可達(dá)130C/0.35Mpa，可以及中溫固化環(huán)氧樹脂預(yù)浸料共固化WF用于航天航空領(lǐng)域，共固化工藝溫度壓力可達(dá)180C/0.7MPa，可以及高溫固化環(huán)氧樹脂預(yù)浸料共固化XT耐高溫型產(chǎn)品，共固化工藝溫度壓力可達(dá)190C/0.7MPa，可以及BMI樹脂預(yù)浸料共固化RIST適用于樹脂注射工藝，作為結(jié)構(gòu)材料RIMA適用于樹脂注射工藝，作為工藝輔助材料S防火型，適用于鐵路機車，船舶和小型飛機HF主要用于天線，雷達(dá)罩，醫(yī)療EC在制作共聚板的過程中因為加入了碳粉，所以制作出的泡沫能夠吸收雷達(dá)波，適用于有隱身要求的夾層結(jié)構(gòu)。RHACELL應(yīng)用舉例：?PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)在A340和A380后壓力框上取得應(yīng)用?？罩锌蛙嘇340-500和600選擇ROHACELL泡沫加強氣密機艙的球面框，泡沫夾層的加強筋大幅度提高了球面框的穩(wěn)定性。?1989年山貓直升機LynxAHMK9的首次飛行即安裝了新型先進復(fù)合材料旋翼，旋翼直徑達(dá)到12.8m。ROHACELL泡沫廣泛應(yīng)用在各種型號的直升機槳葉中作為芯材，例如BK117、EC135、EH101、Tiger等型號的直升飛機。其中EH101槳葉的長度達(dá)到8.5m。使用ROHACELL泡沫的夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計，槳葉的使用壽命約可延長10000多飛行小時,比金屬槳葉的400-500飛行小時長很多。?日本新干線E4高速火車頭中使用PMI泡沫作為芯材。?2019年至2019年，雷諾汽車公司采用RTM工藝，先后成功地在Espace第三代汽車的發(fā)動機罩和第四代汽車的車頂加強筋部位使用了ROHACELL51IG，并采用了玻璃纖維進行增強。此外，奔馳McLarenSLR汽車的車門檻板和后保險杠底桿等部件則使用了ROHACELL71IG。在LancerEvolution8中，ROHACELL51IG被用作擾流板的夾層結(jié)構(gòu)芯材，它比原來的ABS部件減輕了2kg。在寶馬X5中，通過熱壓罐工藝固化成型的以ROHACELL為芯材的夾層板發(fā)動機蓋，其重量僅為金屬制發(fā)動機蓋的1/4左右。?法國Corima公司使用ROHACELLIG51泡沫作為芯材用在高性能的復(fù)合材料自行車的車架和輪輻，外面使用碳纖維的包覆模壓成型。?挪威制造商Madshus公司多年來一直采用ROHACELL聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）硬質(zhì)泡沫作為生產(chǎn)滑雪板的必需組成部分。ROHACELL芯材及纖維增強表面的完美結(jié)合，賦予滑雪板最佳的柔韌性及動力學(xué)性能。采用膠粘或模壓工藝，該高性能PMI泡沫可及各種常用塑料形成具有高負(fù)承載能力的復(fù)合材料。2國內(nèi)研究及應(yīng)用狀況國內(nèi)對PMI泡沫塑料的研發(fā)多處于起步階段，詳情如下：研究及發(fā)明者所屬機構(gòu)項目成果張廣成等西北工業(yè)大學(xué)高性能聚甲基丙烯酰亞胺（ＰＭＩ）泡沫塑料的研制及產(chǎn)業(yè)化發(fā)表多篇論文，并取得實際應(yīng)用何凱等成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)熱成型方法申請專利201910021884.X2009年獲授權(quán)楊士勇中科院化學(xué)所阻燃性聚甲基丙烯酰亞胺泡沫材料及其制備方法及應(yīng)用發(fā)表多篇論文，并申請專利200910077105.6何斌湖南省塑料研究所大型復(fù)合材料構(gòu)件用聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）泡沫不詳孫春方同濟大學(xué)材料加工工程磁浮列車用PMI泡沫芯夾層結(jié)構(gòu)研制和性能研究（2019博士論文）不詳河北省科技計劃項目（2009-2019）風(fēng)電葉片用高性能聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）泡沫塑料產(chǎn)業(yè)化不詳孫占紅六二五所飛機工藝研究室樹脂專業(yè)組吸波夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料研究開發(fā)PMI泡沫樣品國內(nèi)研究及應(yīng)用舉例：?2019年12月8日西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系張廣成教授課題組的“高性能聚甲基丙烯酰亞胺（ＰＭＩ）泡沫塑料的研制及產(chǎn)業(yè)化”項目通過陜西省科技成果鑒定，該項目通過一系列技術(shù)手段提高了ＰＭＩ泡沫塑料的力學(xué)性能和耐熱性能，其主要性能達(dá)到并部分超過了國外同密度ＰＭＩ泡沫塑料產(chǎn)品，獲得了國家發(fā)明專利；設(shè)計并合成了一種新型的結(jié)構(gòu)型阻燃劑，實現(xiàn)了ＰＭＩ泡沫塑料的結(jié)構(gòu)型阻燃，解決了原添加型阻燃劑使該泡沫塑料性能大幅度下降的難題，完成了ＰＭＩ泡沫塑料制備技術(shù)從實驗室向工業(yè)的轉(zhuǎn)化；及企業(yè)合作建立了年產(chǎn)２０萬平方米的高性能ＰＭＩ泡沫塑料的生產(chǎn)基地，實現(xiàn)了所有原料的國產(chǎn)化，降低了生產(chǎn)成本，并在某型相控雷達(dá)、大型風(fēng)力發(fā)電機葉片等方面得到了應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。?河北省科學(xué)技術(shù)廳二〇〇九年五月發(fā)布的河北省科技計劃項目指南(2009-2019)中的重點項目一：風(fēng)電葉片用高性能聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）泡沫塑料產(chǎn)業(yè)化：1．研究目標(biāo)通過進一步優(yōu)化工藝路線，提高PMI泡沫的生產(chǎn)效率，提高合格率，建立穩(wěn)定、高效的批量生產(chǎn)線，實現(xiàn)PMI泡沫的國產(chǎn)化，為開發(fā)大型、高強度要求的新型葉片提供材料基礎(chǔ)。2．研究內(nèi)容⑴優(yōu)化PMI泡沫配方，提高對聚合片的缺陷控制能力，提高產(chǎn)成品率；⑵研發(fā)適合工藝要求的專用設(shè)備，提高設(shè)備的精細(xì)化控制程度；⑶建立科學(xué)、系統(tǒng)的PMI泡沫產(chǎn)品試驗體系。3．考核指標(biāo)⑴建立PMI材料的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并爭取上升為國家標(biāo)準(zhǔn)；⑵產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)率達(dá)到85%以上；⑶建立起年產(chǎn)120萬平米的PMI生產(chǎn)線；⑷銷售收入達(dá)到4億元以上。4．經(jīng)費配套要求：項目申報單位配套經(jīng)費應(yīng)為省財政撥款的5倍以上。5．實施期限：2019年至2019年。?中國首架自行研發(fā)的新型支線飛機ARJ21-700，于2019年11月28日完美演繹了首次藍(lán)天之旅?！跋桫P”寓意矯健騰飛之鳳，采用目前世界成熟技術(shù)和尖端材料。贏創(chuàng)工業(yè)集團旗下兩種高性能泡沫材料——用于航空航天領(lǐng)域的理想輕質(zhì)材料，也被成功引入此款新支線飛機中：應(yīng)用于夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的ROHACELL聚甲基丙烯酰亞胺硬質(zhì)泡沫，以及用作絕緣材料的SOLIMIDE聚酰亞胺軟質(zhì)泡沫。ARJ21的機翼和翼片都采用了ROHACELL夾層結(jié)構(gòu)泡沫芯材，這也是ROHACELL泡沫首次應(yīng)用在中國本土自主研發(fā)設(shè)計的飛機中。ROHACELL作為應(yīng)用于復(fù)合材料的夾層泡沫，可粘合在兩塊由碳纖維或玻璃纖維增強的高韌性塑料面板之間，采用三明治結(jié)構(gòu)的成型件剛性好且重量輕，具有高負(fù)承載能力。?2019年，贏創(chuàng)（中國）投資有限公司聯(lián)合上海同濟大學(xué)一起，就“采用復(fù)合材料設(shè)計和制造大型汽車覆蓋件”進行了一系列的探索和研究。其中，PMI泡沫夾心帽筋條結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料發(fā)動機蓋和后背門部件已被安裝在上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司的新一代燃料電池汽