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聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫塑料是一种具有优异力学性能和耐高温性能的聚合物泡沫材料。因其具有轻质高强、抗高温蠕变性等特点,被广泛用作夹层复合结构材料的理想芯材,在航空航天、交通运输、风电等领域具有广阔的市场应用前景。本论文采用静态浇铸法以丙烯腈(AN)、甲基丙烯酸(MAA)和甲基苯乙烯(AMS)为单体,丙烯酰胺(AM)为交联剂制备PMI共聚物,并在此基础上添加发泡剂成功制备出PMI泡沫塑料;通过傅里叶红外光谱(FTIR)测试,力学性能测试,动态热机械分析(DMA)测试,热重分析(TGA)测试探究了在不同热处理温度下纳米二氧化硅及石墨烯填料对PMI共聚物和PMI泡沫塑料分子结构及其性能的影响;最后采用悬浮聚合法,制备出PMI热膨胀微球(壳以MAA/AN共聚物为主体,核为烷烃发泡剂),采用扫描电镜(SEM)及偏光显微镜(POM)观察了微球的微观形貌,采用静态热机械分析测试(TMA)和TGA测试探究了引发剂、交联剂和改性单体种类对热膨胀微球膨胀性能的影响。其研究结果表明:(1)所制备的纯PMI共聚物随着热处理温度的升高,其分子间的酰亚胺环化程度、力学性能及玻璃化转变温度(Tg)均得到提高;添加纳米二氧化硅,石墨烯会造成PMI共聚物的环化反应程度下降,随着纳米二氧化硅含量的提高共聚物力学性能增强,含量过高(3.3%)纳米二氧化硅易发生团聚,造成力学性能下降;石墨烯易团聚,除添加量为0.025%的石墨烯外,随着石墨烯含量的上升共聚物力学性能及玻璃化转变温度均呈下降趋势,TGA分析结果表明添加纳米二氧化硅和石墨烯均能提高共聚物材料的热稳定性能,随着热处理温度的上升,材料的热稳定性提高,石墨烯改性的PMI共聚物塑料经160 o C/8 h热处理后,其残碳率可达20.04%。(2)添加甲酰胺、碳酰胺作为复合发泡剂制备出改性PMI泡沫塑料,纳米二氧化硅、石墨烯的添加均使泡沫塑料的泡孔孔径增大,泡棱增厚,泡沫塑料经热处理后,当纳米二氧化硅添加量为3.2%,石墨烯的添加量为0.025%时,其力学性能最佳,其压缩强度分别达到4.31 MPa和3.40 MPa,Tg分别达到160.1 o C和156.2 o C,热处理可以提高泡沫塑料的耐热性能和残碳率,添加纳米二氧化硅和石墨烯制备的改性PMI泡沫塑料,有助于泡沫塑料耐热性能的进一步改善。(3)通过悬浮聚合制备的PMI热膨胀微球,随着引发剂含量的增加,其粒径呈减小趋势,膨胀倍率及发泡剂的包封率均呈先增大再减小的趋势,引发剂含量过多,微球易生成多核结构,发泡性能下降;随着交联剂含量的增加,热膨胀微球表面的皱痕逐渐增多加深,耐高温性能增强,但交联剂含量过多,部分微球呈破碎状,生成不了完整的核-壳结构,发泡性能较差;添加改性单体丙烯酸甲酯(MA)能够使微球更集中的发泡,耐高温性能更强。