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再议纳米浮漂
- REINCHEM
- 2024-10-14
图1 纳米浮漂
今天让我们一睹纳米泡沫浮漂的真面目。
“纳米”是什么概念呢？“纳米”，符号nm，10-9米（10亿分之一米），和厘米、分米等一样是长度的度量单位。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。
那“纳米材料”又是怎么定义的呢？纳米材料广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的材料的总称。根据物理形态划分，纳米材料大致可分为纳米粉末（纳米颗粒）、纳米纤维（纳米管、纳米线）、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。三维尺寸均为纳米量级的纳米粒子或人造原子被称为零维纳米材料，纳米纤维为一维纳米材料，而纳米膜（片、层）可以称为二维纳米材料，而有纳米结构的材料可以称为三维纳米材料。目前碳纳米管（carbon nanotube）是纳米科技的研究热点之一。目前只有纳米粉末实现了工业化生产（如碳酸钙、白炭黑、氧化锌等），其它纳米材料基本上还处于实验室研究阶段。至今都没有工业化生产的纳米泡沫。所以纳米泡沫浮漂不可能是纳米级别的。
综上所述，“纳米浮漂”不是纳米材料做成的浮漂。事实上“纳米浮漂”原材料是一种叫Polymethacrylimide (PMI) 泡沫材料，化学成分属于聚甲基丙烯酰亚胺。一般浮漂所用的泡孔尺寸小于0.2mm，这个尺寸远远大于纳米。做浮漂的厂家都知道适合做浮漂的材料需要满足几个要求：
①同体积的情况下重量轻而浮力大，密度在30kg/m³-50kg/ m³；
②具有足够的强度，适用于机加工过程；
③优异的耐化学性质，容易涂装；
④温度稳定性好。
而PMI泡沫主要的特点是：
①不含氟里昂和卤素；
②100%闭孔泡沫，且各向同性，易于机械加工，不需要特殊的机具；
③在同等泡沫密度中具有最高的比强度和比刚度；
④具有优异的耐温性，耐化学性和耐疲劳性。
PMI泡沫的诸多特点正好适合做泡沫浮漂。
1965年德国罗姆公司实验室完成聚甲基丙烯酰亚胺PMI泡沫样品研发，伴随着先进复合材料的发展已经走过了近60年的历史。2021年，上海蓝茵化工首次成功的完善了全部系列的PMI产品。
“纳米”是什么概念呢？“纳米”，符号nm，10-9米（10亿分之一米），和厘米、分米等一样是长度的度量单位。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。
那“纳米材料”又是怎么定义的呢？纳米材料广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的材料的总称。根据物理形态划分，纳米材料大致可分为纳米粉末（纳米颗粒）、纳米纤维（纳米管、纳米线）、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。三维尺寸均为纳米量级的纳米粒子或人造原子被称为零维纳米材料，纳米纤维为一维纳米材料，而纳米膜（片、层）可以称为二维纳米材料，而有纳米结构的材料可以称为三维纳米材料。目前碳纳米管（carbon nanotube）是纳米科技的研究热点之一。目前只有纳米粉末实现了工业化生产（如碳酸钙、白炭黑、氧化锌等），其它纳米材料基本上还处于实验室研究阶段。至今都没有工业化生产的纳米泡沫。所以纳米泡沫浮漂不可能是纳米级别的。
综上所述，“纳米浮漂”不是纳米材料做成的浮漂。事实上“纳米浮漂”原材料是一种叫Polymethacrylimide (PMI) 泡沫材料，化学成分属于聚甲基丙烯酰亚胺。一般浮漂所用的泡孔尺寸小于0.2mm，这个尺寸远远大于纳米。做浮漂的厂家都知道适合做浮漂的材料需要满足几个要求：
①同体积的情况下重量轻而浮力大，密度在30kg/m³-50kg/ m³；
②具有足够的强度，适用于机加工过程；
③优异的耐化学性质，容易涂装；
④温度稳定性好。
而PMI泡沫主要的特点是：
①不含氟里昂和卤素；
②100%闭孔泡沫，且各向同性，易于机械加工，不需要特殊的机具；
③在同等泡沫密度中具有最高的比强度和比刚度；
④具有优异的耐温性，耐化学性和耐疲劳性。
PMI泡沫的诸多特点正好适合做泡沫浮漂。
1965年德国罗姆公司实验室完成聚甲基丙烯酰亚胺PMI泡沫样品研发，伴随着先进复合材料的发展已经走过了近60年的历史。2021年，上海蓝茵化工首次成功的完善了全部系列的PMI产品。
上海蓝茵PMI硬质泡沫塑料的各种牌号与用途
ARCHCELL®和和ACRYLICFOAM®是上海蓝茵化工科技有限公司的PMI泡沫注册商标。
图2 上海蓝茵化工的PMI系列图
ARCHCELL®分成结构性和功能性两大类，其中结构性又按照耐温分成中温、高温和超高温，覆盖了过去赢创所有的温度体系，结合孔隙大小，分别有小孔、中孔和大孔供应，满足不同粘度的树脂，在保证夹层结构的剥离强度的同时，尽可能的降低表面树脂吸收率；功能性泡沫，按照透波、吸波、阻燃和抗冲击，分成四类，其中抗冲击型号是近10年国际上PMI泡沫研究和发展的主要趋势，以满足航天航空部件复合材料夹层结构损伤容限设计要求。目前国内外，只有赢创和蓝茵化工两家可以生产。
ACRYLICFOAM®PMI泡沫，包含浮漂领域的专用型号VP以及高性价比型号MP、LP、EP，后三款的应用主要集中在医疗、汽车、风电及运动器材领域。其中ACRYLICFOAM® VP因为泡孔尺寸小于0.2mm而被各个浮漂爱好者和厂家发掘，成为做浮漂的理想芯材。
除了上海蓝茵化工的ARCHCELL®和ACRYLICFOAM®泡沫，目前国内还有几家公司陆续开发了低成本的PMI衍生物泡沫，相对于ARCHCELL®和ACRYLICFOAM®PMI泡沫，它们的颜色偏白，价钱低廉，力学性能差，多见于中低端浮漂。
那么这些低成本PMI衍生物泡沫和ARCHCELL® 、ACRYLICFOAM®泡沫化学结构有什么区别呢？聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）是线型共聚物通过环化反应形成酰亚胺环的结构而得到的，结构式如图3。
图3 聚甲基丙烯酰亚胺结构式
取代基R可以为烷基或氢，也可以是其它官能团。当R为氢时，该结构即为聚甲基丙烯酰亚胺（PMI），若为其它基团则为PMI衍生物。因为合成PMI衍生物泡沫原材料丙烯腈成本远远低于PMI泡沫原材料甲基丙烯腈的成本，所以总的生产成本下降，但是同等密度情况下力学性能有所降低。
图4 ACRYLICFOAM® 40VP 的电镜图片
相信各位漂友现在对“纳米浮漂”泡沫材料有了比较全面的理解，“纳米浮漂”并非纳米材料，而是PMI及其衍生物泡沫。