聚酰亞胺泡沫的應(yīng)用進(jìn)展

聚酰亞胺泡沫是聚酰亞胺樹脂原材料與發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑等助劑通過聚合發(fā)泡反應(yīng)而成的泡沫材料。分子結(jié)構(gòu)賦予了材料諸多優(yōu)異的性能，特別是很高的剛性和耐熱性，除耐200~300℃的高溫外，還具有良好的耐熱氧化性、絕緣性、阻燃性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐輻照性和耐低溫性等。

圖源：深圳麥克斯泰

上世紀(jì)70年代，美國NASALangley研究中心與UnitikaAmerica公司合作開發(fā)、研究出用于航天飛船絕熱保溫的聚酰亞胺泡沫材料，美國、日本、中國等國家的科研院所、企業(yè)經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的研究發(fā)展，已經(jīng)有一定的性能穩(wěn)定的商品化產(chǎn)品和實(shí)際應(yīng)用，如BoydCorporation的Solimide以及常州福隆科技新材料有限公司的FL泡沫系列。

圖源：深圳未來新材料

泡沫材料的基本用途是隔熱、隔聲和吸能，聚酰亞胺泡沫材料與其它泡沫材料相比，具有以下綜合性能優(yōu)勢：

(1)良好的隔熱、隔聲效果，獨(dú)特的泡孔結(jié)構(gòu)為此提供了足夠的保障；

(2)良好的阻燃性，抗明火、不發(fā)煙、不產(chǎn)生有害氣體；

(3)質(zhì)量輕，現(xiàn)有商品化低密度能夠達(dá)到5kg/m3；

(4)具有柔性和回彈性；

(5)易于安裝、維護(hù)，不容易損壞，壽命長；

(6)耐高、低溫，長期可耐250~300℃的高溫，-269℃液氮中仍不會脆斷；

(7)環(huán)境友好，不含鹵素或消耗臭氧物質(zhì)。

鑒于聚酰亞胺泡沫具有以上諸多優(yōu)良的性能，因而近年來在航空、航天、船舶艦艇等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

1、航空領(lǐng)域中的應(yīng)用

航空飛行器要求所采用的材料在滿足其他性能的基礎(chǔ)上盡可能的輕質(zhì)，以節(jié)省燃油，提高載重量和效率。一種海綿狀的、輕的聚酰亞胺泡沫材料耐燃溫度達(dá)800F，而且即使在該溫度下，該泡沫材料也僅僅是炭化、分解。這種新的有彈性、隔熱、降噪、耐高低溫、耐燃特性的材料可使飛行中的事故減少。如果由于外部燃油起火造成事故，該材料還能延長飛機(jī)乘客的救生時(shí)間2~5min。

目前波音、洛克希德馬丁、通用、空客和道尼爾等航空巨頭在其所制造的飛行器上廣泛使用聚酰亞胺泡沫，不僅僅是大型航空飛行器，民用小型飛機(jī)也廣泛采用聚酰亞胺泡沫作為夾層材料使用。由于聚酰亞胺泡沫優(yōu)良的性能，因而其是飛機(jī)等航空飛行器的理想泡沫材料。

目前航空飛行器座椅使用的都是聚氨酯彈性泡沫，其缺點(diǎn)是易燃。聚酰亞胺泡沫具有阻燃性、自熄性、耐火焰穿透，可以有效彌補(bǔ)聚氨酯泡沫的缺陷。但是其缺乏足夠的柔軟度和舒適感，因此限制了其在座椅的應(yīng)用，各國也是處于研發(fā)階段，美國在早期就開始布局研發(fā)座椅上的應(yīng)用，INDYKE等用丁二酸或其酸酐與芳香酸酐組合混合酸酐再與芳香二胺及雜環(huán)二胺反應(yīng)得到彈性聚酰亞胺泡沫，經(jīng)過疲勞測試，樣品可重復(fù)使用100000次以上，適合作為航空座椅的材料。

航空航天領(lǐng)域 圖源：深圳麥克斯泰

2、航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

在航天飛行器上，如航天飛機(jī)、空間站、火星探測器、登月艙，由于其特殊的作業(yè)環(huán)境，使得部件上的材料不僅要承受飛行帶來的高溫，同時(shí)還要具備輕質(zhì)、阻燃、吸聲和減震等性能。為此，NASA啟動了“高速飛行器計(jì)劃”來研制能滿足在極端環(huán)境下使用的材料，TEEK系列聚酰亞胺泡沫在此過程中應(yīng)運(yùn)而生。

聚酰亞胺泡沫被用做低溫貯箱、透波材料、機(jī)身隔熱體系和飛行器的座椅，還可將聚酰亞胺制作成蜂窩結(jié)構(gòu)材料等。用聚酰亞胺泡沫-鋁-聚酰亞胺泡沫制備的隔熱體系能在-217℃和超聲速飛行環(huán)境204℃中保持良好的隔熱性能。

在隔熱保溫方面，特別是低溫貯箱隔熱體系中，先進(jìn)的液氫燃料飛行器要求使用更加有效、有強(qiáng)韌性能的低溫隔熱材料，能在超聲速飛行中保持良好的隔熱性能，防止液料沸騰，阻止空氣在箱體外壁液化作用。一般的通用類材料很難達(dá)到這種高低溫要求如此苛刻的情況。

聚酰亞胺泡沫不僅是在隔熱保溫系統(tǒng)方面發(fā)揮重要的作用，在緩沖系統(tǒng)中也起到非常重要的作用，美國火星探測車使用聚酰亞胺泡沫填充物，用于減緩車輪在運(yùn)行中的振動，使它在嚴(yán)酷的火星環(huán)境中經(jīng)受考驗(yàn)。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡太陽能電池帆板中所用的夾層中間填充的聚酰亞胺泡沫塑料，可減少發(fā)射過程中太陽能電池板的振動，起到緩沖保護(hù)的作用。

3、船舶艦艇領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前，美國海軍已將聚酰亞胺泡沫用作所有水面戰(zhàn)艦和潛艇的隔熱隔聲材料，Solimide系列聚酰亞胺泡沫已被15個(gè)國家指定用于海軍船舶的隔熱隔聲體系。并在民用船舶，如豪華游輪、快艇、液化天然氣船上也得到廣泛的應(yīng)用。采用該材料可以有效減輕船體的重量，起到降低油耗和增加載運(yùn)量的作用。

聚酰亞胺泡沫在艦船上的應(yīng)用場合包括以下幾個(gè)方面：

(1)有隔熱、隔聲要求的船側(cè)殼體、艙壁、艙頂；

(2)船上高于37℃的冷卻水管線，高溫蒸汽管線；

(3)要求做聲音透射損失處理的潛艇殼體和框架部件；

(4)為了防止結(jié)霧需要進(jìn)行熱和蒸汽隔離處理的潛艇殼體和框架部件；

(5)低溫容器的保溫。

美國及其它西方發(fā)達(dá)國家無論是水面艦艇上還是在潛艇上，都已廣泛應(yīng)用聚酰亞胺泡沫作為隔熱隔聲材料，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見，其成本也是經(jīng)濟(jì)的。隨著技術(shù)的發(fā)展，聚酰亞胺泡沫的制造成本會進(jìn)一步降低，而新的制造工藝如現(xiàn)場發(fā)泡等等不僅可降低成本，而且可使聚酰亞胺的使用和維護(hù)更加方便。特別是國際社會對環(huán)保要求越來越嚴(yán)厲，開發(fā)和應(yīng)用無須氟利昂類發(fā)泡劑發(fā)泡的聚酰亞胺泡沫材料，是非常必要的。

圖源：江西先材納米

4、軌道列車上的應(yīng)用

趙明等針對高速列車隔聲降噪的需求，探討了玻璃鋼復(fù)合材料中纖維層數(shù)和面密度對材料隔聲量的影響規(guī)律，以玻璃鋼和聚酰亞胺泡沫材料為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了復(fù)合材料隔聲結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃鋼中纖維層數(shù)越多，隔聲量越大，纖維面密度越大；復(fù)合材料隔聲量越大；玻璃鋼與聚酰亞胺泡沫材料復(fù)合能夠明顯提高隔聲量，并且隔聲量隨著聚酰亞胺泡沫厚度的增加逐漸增大。

解建坤等發(fā)明一種地鐵車輛用輕量化高隔聲復(fù)合地板，分別設(shè)置與鋁型材上下表面的上層約束阻尼結(jié)構(gòu)和下層阻尼結(jié)構(gòu)，上層約束阻尼結(jié)構(gòu)上方依次疊置有聚酰亞胺泡沫和輕質(zhì)隔音墊，下層設(shè)置輕質(zhì)微穿孔板。鋁箔和阻尼貼片形成的約束阻尼結(jié)構(gòu)可以有效降低地板鋁型材的振動，起到中低頻降噪作用。

上表面輕質(zhì)隔音墊+聚酰亞胺泡沫的組合可以有效提高地板鋁型材的中高頻隔聲性能，具有在100~3150HZ頻帶的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效的寬頻隔聲。并且基于整體封裝結(jié)構(gòu)可直接應(yīng)用于實(shí)際工程，不受安裝條件影響，降噪效果穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于地鐵車輛的降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

5、在鋰電池行業(yè)的應(yīng)用

聚酰亞胺泡沫兼具聚酰亞胺樹脂和多孔材料的性能優(yōu)點(diǎn)，具有隔熱及高效保溫效果，又有緩沖減震效果。能夠填充電芯之間的間隙、容納電芯公差、吸收電芯膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。在電芯熱失控時(shí)，可以抑制熱擴(kuò)散，延緩事故發(fā)生，極大程度上減低因單個(gè)電芯的高熱傳導(dǎo)而引發(fā)的連鎖失控。同時(shí)高密度的聚酰亞胺泡沫能夠在PACK箱體中的箱底、箱體四周和箱蓋起到緩沖、隔熱、防火等作用。

有下列高質(zhì)的性能優(yōu)勢，為新能源行業(yè)的高速發(fā)展起到關(guān)鍵的作用：

6、建筑工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

相比較其它傳統(tǒng)的泡沫材料，聚酰亞胺泡沫具有更佳的阻燃性能、耐熱性能、隔熱性能和吸聲性能，使得其在建筑工業(yè)領(lǐng)域中環(huán)境特殊的場所發(fā)揮了重要的作用，如通風(fēng)管道、管道保溫、吸音降噪、高溫隔熱等。

在建筑工業(yè)領(lǐng)域使用聚酰亞胺泡沫材料不僅能夠使得重量減輕，滿足耐熱、隔熱、吸聲的功能需求，同時(shí)保持良好的耐火性能，聚酰亞胺泡沫可起到熱阻礙作用，減少環(huán)境的熱負(fù)荷，并防止其他可燃材料著火，有效地防止火災(zāi)事故的發(fā)生，減少人民生命財(cái)產(chǎn)安全的隱患。

7、其它領(lǐng)域的應(yīng)用

圖源：深圳麥克斯泰

民用的汽車中的車頂、支撐住或者車門填充物，發(fā)動機(jī)艙隔音墊，變速箱隔音罩，燃?xì)鉄崴�器的吸音罩，壁爐減震緩沖等等。聚酰亞胺泡沫憑借其自身的獨(dú)特性能，在各種工業(yè)領(lǐng)域體現(xiàn)了它的獨(dú)有價(jià)值。

8、結(jié)語

聚酰亞胺泡沫在航天航空、航海、軍工等領(lǐng)域有著廣泛的前景。隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對于材料的性能要求日益提升，聚酰亞胺泡沫具有輕質(zhì)、耐高低溫、環(huán)保、隔音降噪等優(yōu)點(diǎn)有望在精密電子、大型儀器、醫(yī)療等領(lǐng)域得到應(yīng)用。