[发明专利]碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料

权利要求书

1.一种碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料(PI-C/CF)，其包含碳纤维立体织物预制体、碳基体和聚酰亚胺树脂基体；

所述的碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料(PI-C/CF)的制备方法包括如下步骤：

(a)以碳纤维立体织物为预制体，向预制体中引入碳基体，制备得到复合材料坯料；

(b)向复合材料坯料导入聚酰胺酸树脂溶液，经原位亚胺化反应，获得碳纤维立体织物增强的苯乙炔苯酐封端的聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料坯料；

(c)将步骤(b)中制备得到的碳纤维立体织物增强的苯乙炔苯酐封端的聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料坯料热处理，得到碳纤维立体织物增强的聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料；

所述步骤(b)的具体工艺为将步骤(a)制备的复合材料坯料，置入浸渍反应釜中，室温下抽真空，将聚酰胺酸树脂溶液导入釜内，浸渍坯料，随后放出多余树脂，通入惰性气体将釜内压力升高至0.5～1.0MPa，200～300℃条件下保温一段时间；随后，增加反应釜内压力至2.0MPa，分别在240～260℃和280～320℃条件下保温一段时间。

2.根据权利要求1所述的碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料(PI-C/CF)，所述碳纤维立体织物预制体选自短切碳纤维预制体、短切碳纤维和连续碳纤维混合的预制体。

3.根据权利要求2所述的碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料(PI-C/CF)，所述碳基体为热解碳和树脂碳。

4.根据权利要求3所述的碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料(PI-C/CF)，所述聚酰亚胺树脂选自下述结构之一的化合物：

式I：

式II：

式III：

。

5.根据权利要求4所述的碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料(PI-C/CF)，其中所述碳纤维立体织物预制体的质量含量为8～20％，热解碳的质量含量为25～50％，树脂碳的质量含量占20～50％，聚酰亚胺树脂含量占12～40％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料(PI-C/CF)，其中按照ASTMG99标准对所述复合材料进行销-盘摩擦磨损性能测试，测试条件为载荷30N，线速度1.155m/s，测试温度450℃，时间120min，所述复合材料测试的平均摩擦系数≤0.19，平均磨损率≤1.95×10-6mm³/mm。

7.如权利要求1-6任一项所述的碳纤维立体织物增强聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料(PI-C/CF)的制备方法，包括如下步骤：

(a)以碳纤维立体织物为预制体，向预制体中引入碳基体，制备得到复合材料坯料；

(b)向复合材料坯料导入聚酰胺酸树脂溶液，经原位亚胺化反应，获得碳纤维立体织物增强的苯乙炔苯酐封端的聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料坯料；

(c)将步骤(b)中制备得到的碳纤维立体织物增强的苯乙炔苯酐封端的聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料坯料热处理，得到碳纤维立体织物增强的聚酰亚胺-碳基双元基体复合材料；

所述步骤(b)的具体工艺为将步骤(a)制备的复合材料坯料，置入浸渍反应釜中，室温下抽真空，将聚酰胺酸树脂溶液导入釜内，浸渍坯料，随后放出多余树脂，通入惰性气体将釜内压力升高至0.5～1.0MPa，200～300℃条件下保温一段时间；随后，增加反应釜内压力至2.0MPa，分别在240～260℃和280～320℃条件下保温一段时间。

8.根据权利要求7所述的制备方法，所述步骤(a)通过化学气相渗透(CVI)和液相浸渍-裂解(PIP)法，向预制体中引入碳基体，制备碳基复合材料坯料(C/CF)。