[发明专利]一种导电耐高温聚酰亚胺复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种导电耐高温聚酰亚胺复合材料及其制备方法。该导电耐高温聚酰亚胺复合材料包括导电织物预制体和导电聚酰亚胺树脂体系，所述导电织物预制体的表面负载纳米导电植绒体，所述导电聚酰亚胺树脂体系中包含导电填料。该方法利用静电植绒法在超薄织物表面垂直插入纳米导电植绒体，浸胶处理后得到具有包覆结构的导电织物预制体，与聚酰亚胺预浸料复合后有效提高复合材料的面内及厚度方向导电性，并在树脂中加入导电填料，通过纤维‑树脂的协同作用，形成三维导电网络通路，提高聚酰亚胺复合材料的导电性能。本发明提供了一种能够有效提高耐高温聚酰亚胺复合材料本体导电能力的解决方案。

技术领域

本发明属于导电复合材料制备技术领域，具体涉及一种导电耐高温聚酰亚胺复合材料及其制备方法。

背景技术

随着航空航天领域的迅速发展，复合材料在航空航天领域应用愈加广泛，复合材料具备高比强度比模量的性能特点，具备明显的减重效果。随着深空探测飞行器、高马赫数飞行器等的开发，复合材料面临日益苛刻的高温服役环境，因此对材料的结构和多功能一体化提出新的挑战。聚酰亚胺复合材料是目前耐温等级最高的结构用树脂基复合材料之一，长期使用温度范围在200～500℃，在高温服役环境下可作为承力结构件使用，因此目前已经广泛用于航天器的耐高温、高承载结构的结构部件。

相比较金属材料而言，复合材料导电性能较差，在特殊服役条件下难以满足要求，如遭遇雷击后难以将高能量电流传导出去，高能量的聚集导致复合材料结构产生脆化、分层或断裂等失效形式，产生严重后果。

目前使用的复合材料导电防护方法主要适用于环氧复合材料，无法满足耐高温聚酰亚胺复合材料的使用需求。为提高聚酰亚胺复合材料导电性能，目前航空航天领域尝试通过等离子喷涂金属涂层、表面铺覆金属网等外加金属类导电防护层的方法提高复合材料导电性，但现有方法得到的外导电防护层与复合材料的结合力较弱，易发生脱落，失去导电防护作用，应用可靠性较低；另一方面，外导电防护层与复合材料共固化成型易导致内部缺陷产生，影响最终制件的成型质量，同时，对于曲率较大的复合材料制件存在工艺性差、导电性能不稳定、增重较大等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术能力不足，解决耐高温聚酰亚胺复合材料导电性差的问题，提供一种有效提高耐高温聚酰亚胺复合材料本体导电能力的解决方案。

本发明的技术解决方案：利用静电植绒法在超薄织物表面垂直插入纳米导电植绒体，浸胶处理后得到具有包覆结构的导电织物预制体，与聚酰亚胺预浸料复合后有效提高复合材料的面内及厚度方向导电性，并在树脂中加入导电填料，通过纤维-树脂的协同作用，形成三维导电网络通路，提高聚酰亚胺复合材料的导电性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高导电性耐高温聚酰亚胺复合材料，包括导电织物预制体和导电聚酰亚胺树脂体系，所述导电织物预制体的表面负载纳米导电植绒体，所述导电聚酰亚胺树脂体系中包含导电填料。

优选地，所述纳米导电植绒体为金属纳米线、碳纳米管、金属纳米棒、纳米短纤维等线状纳米材料中的一种或多种的混合。

优选地，所述导电聚酰亚胺树脂体系中的导电填料为石墨烯、碳纳米管、氮化物(MXene)、金属纳米线、金属纳米粒子(如纳米银粉)中的一种或多种的混合。

一种高导电性耐高温聚酰亚胺复合材料的制备方法，通过以下步骤实现：

步骤一：利用静电植绒法制备表面负载纳米导电植绒体的导电织物：

将占织物2～10wt％的纳米导电植绒体均匀铺覆于下极板，将织物置于上极板，在高电位差作用下将导电植绒体垂直引入织物表面，得到表面导电负载均匀的导电织物。

步骤二：浸胶处理得到导电织物预制体：

将步骤一得到的导电织物通过聚酰亚胺树脂浸胶槽进行浸胶处理，挤胶烘干收卷后得到含胶量3～7％的导电织物预制体。