[发明专利]聚酰亚胺纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能复合材料技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着航空航天和国防军工科技的高速发展，高性能聚合物基复合材料的研究逐渐向耐高、低温、高强度、高模量、低密度和功能化等方向发展。在追求传统复合材料高强、低质性能特点的同时，针对不同的应用环境，往往还需要材料具有良好的耐高低温、耐辐射、低介电常数和介电损耗等附属性能。

在目前已知的纤维增强材料中，能够用来制备高性能聚合物基复合材料的纤维主要有碳纤维、芳纶纤维和PBO纤维等。近年来，聚酰亚胺纤维以其优异的耐高、低温性能、高强度、高模量、高抗蠕变性、高尺寸稳定性、低热膨胀系数、高电绝缘性、低介电常数与介电损耗、耐辐射、耐腐蚀等优点，同时还具有真空挥发份低、挥发可凝物少等空间材料的特点，成为了高性能增强纤维的又一个重要研究方向。与碳纤维相比，聚酰亚胺纤维具有较低的密度、介电常数和良好的电绝缘性能；与芳纶纤维相比，聚酰亚胺纤维具有较低的吸水率、较高的残碳率和优异的耐辐照性能。因此，使用聚酰亚胺纤维作为增强体材料，既能够满足复合材料的基本力学和热学性能，还能够满足某些特殊环境下的使用要求，对高性能复合材料的全面发展具有重要的推动作用。

同时，在复合材料的基体选择中，以聚酰亚胺为基体的树脂材料也表现出优异的综合性能，在航天、航空、空间技术等领域展现出了诱人的应用前景。目前采用聚酰亚胺作为树脂基体制备的复合材料已经被广泛应用于飞机尾翼、整流罩、导弹壳体等飞行器的结构部件中。因此，本发明采用同质材料自增强的方法，制备并开发了一种聚酰亚胺纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法。通过同种材料具有相似化学结构的特点，增强纤维和基体之间的界面粘接能力。同时，该复合材料全部由聚酰亚胺构成，具有聚酰亚胺材料的全部性能特点。与目前比较常用的碳纤维/聚酰亚胺复合材料相比，该材料具有低介电常数、低介电损耗和较高的电绝缘性能等特点，可以有针对性的应用于雷达天线罩或作为结构部件广泛应用于航空航天、国防军工等领域中。

发明内容

基于以上背景技术内容，本发明的目的在于公开一种聚酰亚胺纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法。

本发明公开的聚酰亚胺纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料的增强体为聚酰亚胺纤维织物，基体为聚酰亚胺树脂。其制备方法的具体步骤如下：

(1) 选取聚酰亚胺纤维为增强体，聚酰亚胺树脂作为基体材料；

(2) 将聚酰亚胺纤维纺织成纤维织物，对纺织好的织物表面进行改性处理，得到表面改性的聚酰亚胺纤维织物；

(3) 利用酸酐基团与氨基总摩尔数相等的原则、树脂总量、固含量以及设计的数均分子量即可确定所用的二酐、封端剂、二胺以及醇的量；将二酐和封端剂溶于无水乙醇中进行酯化反应6小时，然后将二胺加入上述溶液中反应6小时，得到PMR型聚酰亚胺树脂溶液；

(4) 使用步骤 (3) 中得到的树脂溶液将步骤 (2) 中得到的表面改性的聚酰亚胺纤维织物手糊粘成2mm厚，然后在60~100^oC下热烘除溶剂6小时，在200^oC下环化反应1小时，得到预浸料；

(5) 将步骤 (4) 中得到的预浸料在250~270^oC的温度下以及2~3MPa的压力下保持30分钟，然后在320~370^oC的温度下保温保压1小时，得到聚酰亚胺纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料。

本发明中，步骤 (2) 中所述的聚酰亚胺纤维的表面处理方法包括碱液刻蚀法、等离子改性法中的任意一种或几种混合使用。

本发明中，步骤 (3) 中所述的二酐为联苯二酐、二苯酮二酐、六氟二酐、二苯醚二酐中的任意一种或几种混合使用。

本发明中，步骤 (3) 中所述的封端剂为降冰片烯二酸酐、苯炔基苯酐中的任意一种或几种混合使用。

本发明中，步骤 (3) 中所述的二胺为二苯醚二胺、对苯二胺中的任意一种或几种混合使用。

与现有技术相比，本发明具有以下的目的及效果：

(1)本发明提供了一种耐高温、高强度、低介电的全聚酰亚胺体系复合材料及其制备方法；

(2)本发明采用碱液刻蚀法、等离子体改性法等方法对聚酰亚胺纤维表面进改性，在纤维表面引入了活性基团并使纤维表面的粗糙度增加这都有效的提高了纤维与树脂之间的界面强度；