聚醚酰亚胺发泡技术研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.04.020

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (4): 124-132.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.04.020

• 综述 • 上一篇

聚醚酰亚胺发泡技术研究进展

张一辉, 王从龙, 陈士宏(), 王向东

北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048

收稿日期:2020-09-18 出版日期:2021-04-26 发布日期:2021-04-21

Research Progress in Polyetherimide Foaming Technology

ZHANG Yihui, WANG Conglong, CHEN Shihong(), WANG Xiangdong

College of Chemical and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China

Received:2020-09-18 Online:2021-04-26 Published:2021-04-21
Contact: CHEN Shihong,WANG Xiangdong E-mail:shihong02@126.com

摘要/Abstract

摘要：

介绍了高性能热塑性聚合物泡沫——聚醚酰亚胺（PEI）泡沫的间歇式发泡、挤出发泡、注射成型发泡等制备技术，论述了发泡剂与成核剂的选用对PEI泡沫性能的影响，对近年来国内外PEI发泡技术（制备技术、发泡剂与成核剂的选用）的研究进展进行了详细综述，并对PEI泡沫的未来发展进行了展望。

关键词: 聚醚酰亚胺, 发泡剂, 成核剂, 制备方法

Abstract:

This paper introduced the preparation technology of high-performance thermoplastic polymer foams ［polyetherimide （PEI） foams］， including batch solid-state foaming， extrusion foaming， injection molding foaming and other preparation technology. The effect of the selection of foaming agent and nucleating agent on the forming performance of PEI foams was discussed， and the research progress in the recent PEI domestic and foreign foaming technologies was summarized in detail. Finally， the development trend of PEI foams was prospected.

Key words: polyetherimide, foaming agent, nucleation agent, fabrication

中图分类号:

TQ 323.7

张一辉, 王从龙, 陈士宏, 王向东. 聚醚酰亚胺发泡技术研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 124-132.

ZHANG Yihui, WANG Conglong, CHEN Shihong, WANG Xiangdong. Research Progress in Polyetherimide Foaming Technology[J]. China Plastics, 2021, 35(4): 124-132.

图/表 12

图1 PEI结构式

Fig.1 Structure of PEI

图2 间歇式发泡

Fig.2 Batch solid?state foaming

图3 泡孔内部的纳米特性

Fig.3 Nano features in the cell wall

样品编号	总孔隙率/%	总热导率/K	微孔区域		纳孔区域
样品编号	总孔隙率/%	总热导率/K	孔隙率/ %	热导率/ K	孔隙率/ %	热导率/ K
1^#	31.15	0.073	38.1	0.070	-	-
2^#	39.38	0.057	50.0	0.050	-	-
4^#	61.67	0.026	50.0	0.050	74.0	0.019
5^#	66.19	0.024	54.5	0.049	77.2	0.016
6^#	70.91	0.020	57.1	0.045	79.0	0.015

表1 微孔与纳孔区域的热导率

Tab.1 Thermal conductivity values of micro? and nano?cellular regions

图4 PEI纳孔泡沫样品的SEM横截面照片

Fig.4 SEM of cross?section of the typical nanocellular PEI sample

图5 200 ℃下PEEK/PEI泡沫的泡孔参数

Fig.5 Morphological parameters of PEEK/PEI foams foamed at 200 ℃

图6 含40 %PEI与60 %PEI的共混薄膜在200 ℃下发泡的TEM照片

Fig.6 TEM of a cross?sectional area of the 40 % PEI and 60 %PEI film foamed at 200 ℃

图7 不同模具压力下PEI/二氧化硅泡沫的泡孔密度

Fig.7 Foam density of the PEI/silica foam samples with different die pressures and different nanosilica loading levels

图8 PEI/PP注射成型与发泡示意图

Fig.8 Schematic of the injection molding system and foaming processing of PEI/PP

图9 PEI/CNT泡沫分离结构制备过程

Fig.9 Fabrication process of the PEI/CNT composite foams with segregated structure

图10 含有不同分子的立方体盒子

Fig.10 Snapshot of cubic box containing different molecules

图11 POSS/PEI纳米复合材料模型

Fig.11 Simulation model for the POSS/PEI nanocomposite

参考文献 41

1	杨品黄，沈传仁，高良（马昌，等.聚醚酰亚胺及其应用［J］.工程塑料应用， 1985（01）：32⁃37.
	YANG P H， SHEN C R， GAO L， et al. The Application of Polyetherimide［J］. Engineering Plastics Application， 1985（01）：32⁃37.
2	何全金. 超临界CO₂发泡制备低密度酰（亚）胺类聚合物泡沫材料的研究［D］.上海：华东理工大学， 2018.
3	SHEN B， ZHAI W T， TAO M M， et al. Lightweight， Multifunctional Polyetherimide/Graphene@Fe3O4 Composite Foams for Shielding of Electromagnetic Pollution［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2013. 5（21）：11 383⁃11 391.
4	LING J Q， ZHAI W T， FENG W W， et al. Facile Preparation of Lightweight Microcellular Polyetherimide/Graphene Composite Foams for Electromagnetic Interference Shielding［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2013，5（7）：2 677⁃2 684.
5	ABBASI H， ANTUNES M， VELASCO J. Graphene Nanoplatelets⁃Reinforced Polyetherimide Foams Prepared by Water Vapor⁃Induced Phase Separation［J］. Express Polymer Letters， 2015，9（5）：412⁃423.
6	ABBASI H， ANTUNES M， VELASCO J. Effects of Carbon Nanotubes/Graphene Nanoplatelets Hybrid Systems on the Structure and Properties of Polyetherimide⁃Based Foams［J］. Polymer， 2018，10（4）：348.
7	ABBASI H， ANTUNES M， VELASCO J. Polyetheri⁃mide Foams Filled with Low Content of Graphene Nanoplatelets Prepared by scCO₂ Dissolution［J］. Polymers， 2019， 11（2）：328.
8	SUN X J， YE L， ZHAO W W. Microcellular Polyetheri⁃mide/Carbon Nanotube Composite Foam： Structure， Property And Highly Reinforcing Mechanism［J］. European Polymer Journal， 2019. 116：488⁃496.
9	陈如香. 间歇式微孔发泡成型实验装置的研制与应用［D］. 广州：华南理工大学， 2011.
10	张崇文. 环保型发泡材料及其间歇式发泡工艺的研究［D］.北京：北京化工大学， 2016.
11	MILLER D， CHATCHAISUCHA P， KUMAR V. Microcellular And Nanocellular Solid⁃state Polyetherimide （PEI） Foams Using Sub⁃critical Carbon Dioxide I. Processing And Structure［J］. Polymer， 2009，50（23）： 5 576⁃5 584.
12	MILLER D， KUMAR V. Microcellular And Nanocellular Solid⁃state Polyetherimide （PEI） Foams Using Sub⁃critical Carbon Dioxide II. Tensile And Impact Properties［J］. Polymer， 2011，52（13）： 2 910⁃2 919.
13	SORRENTINO L， AURILIA M， IANNACE S. Polymeric Foams From High⁃Performance Thermoplastics. Advances in Polymer Technology， 2011，30（3）：234e43.
14	SUNDARRAM S S， JIANG W， LI W. Fabrication And Thermal Conductivity Characterization of Polyetherimide Nanofoam［C］//ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Houston： ASME， 2013，1 231⁃1 238.
15	AHER B， OLSONC N， KUMAR V. Production of Bulk Solid⁃state PEI Nanofoams Using Supercritical CO₂［J］. Journal of Materials Research， 2013，28（17）， 2 366⁃2 373.
16	CAFIERO L， IANNACE S， SORRENTINO L. Microcellular Foams From High Performance Miscible Blends Based on PEEK and PEI［J］. European Polymer Journal， 2016，78：116⁃128.
17	CAFIERO L， ALFANO O， IANNONE M， et al. Microcellular Foams from PEEK/PEI Miscible Blends［C］//Regional Conference of the Polymer⁃Processing⁃Society. Graz： AIP Conference Proceedings， 2016，1 779.
18	NEMOTO T， TAKAGI J， OHSHIMA M. Nanocellular Foams⁃cell Structure Difference Between Immiscible and Miscible PEEK/PEI Polymer Blends［J］. Polymer Engineering & Science， 2010，50（12）： 2 408⁃2 416.
19	AKTAS S， GEVGILILI H， KUCUK I， et al. Extrusion of Poly（ether imide） Foams Using Pressurized CO₂： Effects of Imposition of Supercritical Conditions and Nanosilica Modifiers［J］. Polymer Engineering & Science， 2014，54（9）： 2 064⁃2 074.
20	LI J L， CHEN Z L， WANG X Z， et al. Cell Morphology and Mechanical Properties of Microcellular Mucell^® Injection Molded Polyetherimide and Polyetherimide/Fillers Composite Foams［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2013，130（6）：4 171⁃4 181.
21	LIU T， ZHOU S Y， LEI Y J， et al. Morphology and Properties of Injection Molded Microcellular Poly（Ether Imide）（PEI）/Polypropylene （PP） Foams［J］. Industrial & Engineering Chemistry Reserch， 2014，9：19 934–19 942.
22	LIU T， LEI Y J， CHEN Z L， et al. Effects of Processing Conditions on Foaming Behaviors of Polyetherimide （PEI） and PEI/Polypropylene Blends in Microcellular Injection Molding Process［J］. John Wiley & Sons， Ltd， 2015，132（7）.
23	DENG J Q， LIU， Z L， DU Z J， et al. Fabrication of PEI⁃grafted Porous Polymer Foam for CO₂ Capture［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2019，136（32）： 47844.
24	DONG F， LIU P， WANG Q. Exploiting the Piezoresistivity and EMI Shielding of Polyetherimide/Carbon Nanotube Foams by Tailoring Their Porous Morphology and Segregated CNT Networks［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2019，124： 105463.
25	SUN X J， ZHAO X W， YE L. Construction of Gradient Structure in Polyetherimide/Carbon Nanotube Nanocomposite Foam And Its Thermal/Mechanical Property［J］. Composites Part A， 2019，126：105579.
26	SUN X J， YE L， ZHAO X W. Microcellular Polyetherimide/Carbon Nanotube Composite Foam： Structure， Property and Highly Reinforcing Mechanism［J］. European Polymer Journal， 2019，116： 488⁃496.
27	DONG F， LI L， QI W. Fabrication of Three⁃Dimensional Polyetherimide Bead Foams Via Supercritical CO₂/Ethanol Co⁃foaming Technology［J］. RSC Advances， 2019，9：4 072-4 081.
28	何全金，王斌榕，刘涛，等. 以水为共发泡剂的超临界CO₂发泡制备PEI微孔材料［J］.高分子材料科学与工程， 2018. 34（05）：137⁃142.
	HE JQ， WANG BR， LIU T， et al. Polyurethane Foam Was Prepared by Supercritical CO₂ Foaming With Water as Co⁃foaming Agent［J］. Polymeric Materials Science and Engineering， 2018，34（05）：137⁃142.
29	COLTON J S，SUH N P. The Nucleation of Microcellular Thermoplastic Foam With Additives Part I Theoretical Considerations ［J］. Polymer Engineering and Science， 1987，27 （7）485⁃492.
30	COLTON J S，SUH N P. The Nucleation of Microcellular Thermoplastic Foam with Additives⁃Part II⁃Experimental Results And Discussion ［J］.Polymer Engineering and Science， 1987，27 （7）：493⁃499.
31	RICHARD B， McClurg. Design Criteria for Ideal Foam Nucleating Agents［J］. Chemical Engineering Science， 2004，59（24）：5 779⁃5 786.
32	王晋，纪双英，郝春鹏，等. 成核剂对聚氨酯泡沫成核性能的影响［J］. 化学推进剂与高分子材料， 2009，7（5）：41⁃43.
	WANG J， JI S Y， HAO C H， et al. The Effect of Heterogeneous Nucleating Agent on Property of Polyurethane Foam［J］. Chemical Propellants & Polymeric Materials， 2009， 7（5）：41⁃43.
33	LEUNG S N， WONG A， PARK C B， et al. Ideal Surface Geometries of Nucleating Agents to Enhance Cell Nucleation in Polymeric Foaming Processes ［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2008，108（6）：3 997⁃4 003.
34	CHEN L M， OZISIK R， SCHADLER L S. The Influence of Carbon Nanotube Aspect Ratio on the Foam Morphology of MWNT/PMMA Nanocomposite Foams［J］. Polymer， 2010，51（11）：2 368⁃2 375.
35	ZHAI W T， YU J， WU L C， et al. Heterogeneous Nucleation Uniformizing Cell Size Distribution in Microcellular Nanocomposites Foams［J］. Polymer， 2006，47（21）：7 580⁃7 589.
36	余海涛，雷雅杰，王宪忠，等. 微孔发泡塑料中成核剂的研究［J］.中国塑料， 2015. 29（07）：72⁃79.
	YU H T， LEI Y J， WANG X Z， et al. Research Progress in Nucleating Agents for Plastics Microcellular Foams［J］. China Plastics， 2015. 29（07）：72⁃79.
37	余海涛. 异相成核剂对聚醚酰亚胺泡沫泡孔形貌的影响研究［D］. 四川：西南科技大学， 2016.
38	KEILHOLZ C， RAPS D， al TKOEPPLet. Influence of Nucleating Agent Type on the Morphology of Extruded Polyetherimide Foam for Printed Circuit Boards［J］. Journal of Cellular Plastics， 2019，56（3）： 317⁃341.
39	DONG F， LIU P J， LI L. Fabrication and Cell Morphology of A Microcellular Poly（ether imide）–carbon Nanotube Composite Foam With A Three⁃dimensional Shape［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2019，136（21）：47501.
40	YU H T， LEI Y J， YU X J， et al. Batch Foaming of Carboxylated Multiwalled Carbon Nanotube/Poly（ether imide） Nanocomposites： The Influence of the Carbon Nanotube Aspect Ratio on the Cellular Morphology［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2015，132（30）：42325.
41	YU H T， LEI Y J， YU X J， et al. Solid⁃state Polyetherimide （PEI） Nanofoams： The Influence of the Compatibility of Nucleation Agent on the Cellular Morphology［J］. Journal of Polymer Research， 2016，23（6）：121.

[1]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[2]	杨小龙, 陈文静, 李永青, 闫晓堃, 王修磊, 谢鹏程, 马秀清. 导电型聚合物/石墨烯复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 165-173.
[3]	刘文, 师文钊, 刘瑾姝, 陆少锋, 周红娟. 电致形状记忆复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 175-189.
[4]	王晓东, 花蕾, 董爱娟, 罗李华. 基于热失重分析对聚合物发泡剂ADC发气量测定方法的研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 142-147.
[5]	张周雅, 白世建, 张玉霞, 周洪福, 宫芳芳, 唐雪古丽, 王斌. 高分子材料导热性能影响因素研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 156-165.
[6]	李向阳, 杨林柱, 翟国强, 高婉琴, 王克智, 李训刚. 成核剂对聚丁二酸丁二醇酯结晶与性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 146-151.
[7]	张一辉, 陈士宏, 王从龙, 王向东. 聚醚酰亚胺均相成核发泡行为研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 65-71.
[8]	王从龙, 张一辉, 王向东, 徐海云. 热塑性聚醚砜、聚醚酰亚胺泡沫材料的制备与研究现状[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 132-142.
[9]	王文超, 王艳芝, 张振利, 张居亮, 刘少磊, 魏冰. 基于滤板应用的β成核剂增韧改性聚丙烯研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 102-107.
[10]	杨小龙, 李永青, 闫晓堃, 陈文静, 马秀清. 聚合物/石墨烯阻气型复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 145-153.
[11]	方云峰, 马骉, 王小庆, 康兴祥, 汤宇婷. 单组分环氧树脂用潜伏型固化剂研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 154-165.
[12]	蔺海川, 张奇, 路晶, 马琴, 袁炜, 罗发亮. PP/PE⁃LD/NX8000K高韧高透明材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 21-26.
[13]	张莉彦, 高丽洁, 马昊鹏, 马具彪, 杨卫民, 焦志伟, 于源. 非溶剂致相分离3D打印聚合物的成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 71-76.
[14]	高易仁, 王敏杰, 李红霞. 玻璃纤维增强制件注射成型过程的模具磨损原因及规律[J]. 中国塑料, 2020, 34(8): 44-49.
[15]	于翔, 谭缓缓, 王卓, 张玉坤, 安彦飞, 赵俊杰. 溶剂沉淀法制备具有相变功能的PA6/AG复合粉体及其性能分析[J]. 中国塑料, 2020, 34(8): 71-77.

聚醚酰亚胺发泡技术研究进展

Research Progress in Polyetherimide Foaming Technology

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 12

参考文献 41

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价