[发明专利]一种飞机发动机周边聚酰亚胺耐高温复合材料的制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强聚酰亚胺耐高温复合材料，尤其是短切碳纤维增强的热塑性聚酰亚胺树脂耐高温复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

聚酰亚胺是一类主链上含有酰亚胺环的高分子材料。由于主链上含有芳香环， 它作为先进复合材料基体， 具有突出的耐温性能和优异的机械性能， 是目前树脂基复合材料中耐温性最高的材料之一。

本项目使用热塑性聚酰亚胺树脂为基体，通过将其与碳纤维复合，制备200摄氏度下刚性超过PEEK 3倍、热膨胀系数降低20%，是特定条件下可替代金属、陶瓷、热固性树脂、低温热塑性塑料和难加工的聚酰亚胺的理想材料，用于飞机发动机轴承和轴瓦等耐高温油气环境的合金材料，可减轻发动机重量和提高发动机推重比。应用热塑性树脂制备飞机发动机零部件，比金属材料和热固性材料在设计和成型上更方便；该零部件可防静电，可与金属接触；具有一定的阻燃性。

发明内容

本发明使用短切碳纤维增强热塑性聚酰亚胺树脂，从侧喂料加入短切碳纤维，通过双螺杆的挤出机挤出，经冷却、吹干、造粒完成材料的制备。

本发明的制备方法包括以下步骤：

1)   将短切碳纤维在强酸混合液中进行真空浸渍预处理20~30min，用蒸馏水清洗，干燥2-3h。

2)   将聚酰亚胺树脂150－175℃条件下干燥3-5h。

3)   将聚酰亚胺树脂、热稳定剂（三碱式硫酸铅），抗氧剂（亚磷酸三酯TNP）按配方质量百分比例加入到高混机内，在常温下进行均匀混合。

4)   将上述混合后物料加入到挤出机主喂料料斗，将短切碳纤维加入侧喂料料斗，通过双螺杆挤出机进行熔融挤出。挤出机料筒加工温度设定为380～410℃，主机螺杆转速为220～280r.min^-1 。

5)   通过失重加料来控制聚酰亚胺和碳纤维的比例。

下面通过具体的实施例对本发明专利进行具体描述：

实施例1：

将浓硝酸和浓盐酸按照1：3体积比混合，将短切碳纤维加入到浓酸溶液中，放入真空压力罐中抽真空浸渍20~30min，然后过滤并用蒸馏水洗涤碳纤维，放入真空干燥箱中干燥2~3h待用。

将聚酰亚胺树脂加入真空干燥箱于150－175℃条件下干燥3-5h。

按照质量百分比，将80份聚酰亚胺树脂、0.2-0.6份热稳定剂（三碱式硫酸铅）、0.1-0.3份抗氧剂（亚磷酸三酯TNP）按配方质量百分比例加入到高混机内，在常温下进行均匀混合5min。将20份短切碳纤维加入到挤出机侧喂料料斗。挤出机料筒加工温度从加料段，压缩段，均化段温度依次设定为380℃-385℃，390℃-400℃，405℃-410℃，开动挤出机，主机螺杆转速设定为250r.min^-1，通过失重加料控制碳纤含量，切粒机转速设定为250 r.min^-1，树脂熔体经过冷却、风干、牵引，切粒，最终制造出长度*粒径为3mm*3mm的颗粒。

实施例2：    

将浓硝酸和浓盐酸按照1：3体积比混合，将短切碳纤维加入到浓酸溶液中，放入真空压力罐中抽真空浸渍20~30min，然后过滤并用蒸馏水洗涤碳纤维，放入真空干燥箱中干燥2~3h待用。

按照质量百分比，将75份聚酰亚胺树脂、0.2-0.6份热稳定剂（三碱式硫酸铅）、0.1-0.3份抗氧剂（亚磷酸三酯TNP）按配方质量百分比例加入到高混机内，在常温下进行均匀混合5min。将25份短切碳纤维加入到挤出机侧喂料料斗。挤出机料筒加工温度从加料段，压缩段，均化段温度依次设定为380℃-385℃，390℃-400℃，405℃-410℃，开动挤出机，主机螺杆转速设定为250r.min^-1，通过失重加料控制碳纤含量，切粒机转速设定为250 r.min^-1，树脂熔体经过冷却、风干、牵引，切粒，最终制造出长度*粒径为3mm*3mm的颗粒。

实施例3：    

将浓硝酸和浓盐酸按照1：3体积比混合，将短切碳纤维加入到浓酸溶液中，放入真空压力罐中抽真空浸渍20~30min，然后过滤并用蒸馏水洗涤碳纤维，放入真空干燥箱中干燥2~3h待用。