PMI泡沫塑料在国内外的研究与应用简介

第页聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料于1962由德国罗姆公司（德固赛的前身）开发出来，1971年代实现工业化，1972年开始应用于航空领域。如今，PMI泡沫的应用领域已很广泛，近年来国内外的其他机构也开始了对该高性能泡沫的开发研究。同密度的情况下，PMI泡沫具有比其他聚合物泡沫材料更高的抗压缩强度和刚度、更优异的耐高温和耐湿热性能、以及更好的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性，其突出的耐热性能和高温下优异的抗蠕变性能使其能承受碳纤维/环氧、碳纤维/双马等树脂复合材料的高温固化工艺条件，可实现泡沫夹芯及预浸料的一次共固化，广泛应用于复合材料泡沫夹层结构件的制造。此外，由于聚甲基丙烯酰亚胺泡沫采用固体发泡工艺制造，故泡沫材料的闭孔率高，孔径分布均匀，一致，吸湿率低。上述性能特点使其在航天、航空、舰船、高速列车、风力发电等许多技术领域具有广泛的应用前景。1国外应用状况纵观国内外市场，目前德固赛的ROHACELL还处于垄断地位。ROHACELL的型号及应用领域具体如下：ROHACELL型号应用IG主要用于运动器材，医疗床板，风机叶片和音响喇叭，是最常用的ROHACELL类型IG-F力学性能基本和ROHACELLIG相同，孔隙更小。A用于航空航天领域，共固化工艺温度压力可达130C/0.35Mpa，可以及中温固化环氧树脂预浸料共固化WF用于航天航空领域，共固化工艺温度压力可达180C/0.7MPa，可以及高温固化环氧树脂预浸料共固化XT耐高温型产品，共固化工艺温度压力可达190C/0.7MPa，可以及BMI树脂预浸料共固化RIST适用于树脂注射工艺，作为结构材料RIMA适用于树脂注射工艺，作为工艺辅助材料S防火型，适用于铁路机车，船舶和小型飞机HF主要用于天线，雷达罩，医疗EC在制作共聚板的过程中因为加入了碳粉，所以制作出的泡沫能够吸收雷达波，适用于有隐身要求的夹层结构。RHACELL应用举例：?PMI泡沫夹芯结构在A340和A380后压力框上取得应用。空中客车A340-500和600选择ROHACELL泡沫加强气密机舱的球面框，泡沫夹层的加强筋大幅度提高了球面框的稳定性。?1989年山猫直升机LynxAHMK9的首次飞行即安装了新型先进复合材料旋翼，旋翼直径达到12.8m。ROHACELL泡沫广泛应用在各种型号的直升机桨叶中作为芯材，例如BK117、EC135、EH101、Tiger等型号的直升飞机。其中EH101桨叶的长度达到8.5m。使用ROHACELL泡沫的夹层结构设计，桨叶的使用寿命约可延长10000多飞行小时,比金属桨叶的400-500飞行小时长很多。?日本新干线E4高速火车头中使用PMI泡沫作为芯材。?2019年至2019年，雷诺汽车公司采用RTM工艺，先后成功地在Espace第三代汽车的发动机罩和第四代汽车的车顶加强筋部位使用了ROHACELL51IG，并采用了玻璃纤维进行增强。此外，奔驰McLarenSLR汽车的车门槛板和后保险杠底杆等部件则使用了ROHACELL71IG。在LancerEvolution8中，ROHACELL51IG被用作扰流板的夹层结构芯材，它比原来的ABS部件减轻了2kg。在宝马X5中，通过热压罐工艺固化成型的以ROHACELL为芯材的夹层板发动机盖，其重量仅为金属制发动机盖的1/4左右。?法国Corima公司使用ROHACELLIG51泡沫作为芯材用在高性能的复合材料自行车的车架和轮辐，外面使用碳纤维的包覆模压成型。?挪威制造商Madshus公司多年来一直采用ROHACELL聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）硬质泡沫作为生产滑雪板的必需组成部分。ROHACELL芯材及纤维增强表面的完美结合，赋予滑雪板最佳的柔韧性及动力学性能。采用胶粘或模压工艺，该高性能PMI泡沫可及各种常用塑料形成具有高负承载能力的复合材料。2国内研究及应用状况国内对PMI泡沫塑料的研发多处于起步阶段，详情如下：研究及发明者所属机构项目成果张广成等西北工业大学高性能聚甲基丙烯酰亚胺（ＰＭＩ）泡沫塑料的研制及产业化发表多篇论文，并取得实际应用何凯等成都飞机工业（集团）有限责任公司PMI泡沫夹层结构热成型方法申请专利201910021884.X2009年获授权杨士勇中科院化学所阻燃性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料及其制备方法及应用发表多篇论文，并申请专利200910077105.6何斌湖南省塑料研究所大型复合材料构件用聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫不详孙春方同济大学材料加工工程磁浮列车用PMI泡沫芯夹层结构研制和性能研究（2019博士论文）不详河北省科技计划项目（2009-2019）风电叶片用高性能聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料产业化不详孙占红六二五所飞机工艺研究室树脂专业组吸波夹层结构复合材料研究开发PMI泡沫样品国内研究及应用举例：?2019年12月8日西北工业大学理学院应用化学系张广成教授课题组的“高性能聚甲基丙烯酰亚胺（ＰＭＩ）泡沫塑料的研制及产业化”项目通过陕西省科技成果鉴定，该项目通过一系列技术手段提高了ＰＭＩ泡沫塑料的力学性能和耐热性能，其主要性能达到并部分超过了国外同密度ＰＭＩ泡沫塑料产品，获得了国家发明专利；设计并合成了一种新型的结构型阻燃剂，实现了ＰＭＩ泡沫塑料的结构型阻燃，解决了原添加型阻燃剂使该泡沫塑料性能大幅度下降的难题，完成了ＰＭＩ泡沫塑料制备技术从实验室向工业的转化；及企业合作建立了年产２０万平方米的高性能ＰＭＩ泡沫塑料的生产基地，实现了所有原料的国产化，降低了生产成本，并在某型相控雷达、大型风力发电机叶片等方面得到了应用，取得了良好的经济效益和社会效益。?河北省科学技术厅二〇〇九年五月发布的河北省科技计划项目指南(2009-2019)中的重点项目一：风电叶片用高性能聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料产业化：1．研究目标通过进一步优化工艺路线，提高PMI泡沫的生产效率，提高合格率，建立稳定、高效的批量生产线，实现PMI泡沫的国产化，为开发大型、高强度要求的新型叶片提供材料基础。2．研究内容⑴优化PMI泡沫配方，提高对聚合片的缺陷控制能力，提高产成品率；⑵研发适合工艺要求的专用设备，提高设备的精细化控制程度；⑶建立科学、系统的PMI泡沫产品试验体系。3．考核指标⑴建立PMI材料的企业标准，并争取上升为国家标准；⑵产品优质率达到85%以上；⑶建立起年产120万平米的PMI生产线；⑷销售收入达到4亿元以上。4．经费配套要求：项目申报单位配套经费应为省财政拨款的5倍以上。5．实施期限：2019年至2019年。?中国首架自行研发的新型支线飞机ARJ21-700，于2019年11月28日完美演绎了首次蓝天之旅。“翔凤”寓意矫健腾飞之凤，采用目前世界成熟技术和尖端材料。赢创工业集团旗下两种高性能泡沫材料——用于航空航天领域的理想轻质材料，也被成功引入此款新支线飞机中：应用于夹层结构复合材料的ROHACELL聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫，以及用作绝缘材料的SOLIMIDE聚酰亚胺软质泡沫。ARJ21的机翼和翼片都采用了ROHACELL夹层结构泡沫芯材，这也是ROHACELL泡沫首次应用在中国本土自主研发设计的飞机中。ROHACELL作为应用于复合材料的夹层泡沫，可粘合在两块由碳纤维或玻璃纤维增强的高韧性塑料面板之间，采用三明治结构的成型件刚性好且重量轻，具有高负承载能力。?2019年，赢创（中国）投资有限公司联合上海同济大学一起，就“采用复合材料设计和制造大型汽车覆盖件”进行了一系列的探索和研究。其中，PMI泡沫夹心帽筋条结构的复合材料发动机盖和后背门部件已被安装在上海燃料电池汽车动力系统有限公司的新一代燃料电池汽