[发明专利]连续玄武岩纤维增强杂萘联苯结构聚芳醚树脂基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于先进复合材料科学技术领域，公开了一种连续玄武岩纤维增强杂萘联苯结构聚芳醚树脂基复合材料及其制备方法。杂萘联苯聚芳醚树脂溶解在特定有机溶剂中，配制成浓度为5％～40％质量百分比的树脂溶液，将连续玄武岩纤维在树脂溶液中进行浸渍，通过烘干工艺去除溶剂后经裁剪制得预浸片，根据复合材料的厚度铺设相应层数的预浸片，然后进行热压成型，脱模后制得具有优异力学性能和耐热性能的连续玄武岩纤维增强杂萘联苯结构聚芳醚树脂基复合材料。本发明对于推动先进复合材料的发展和开拓连续玄武岩纤维增强高性能热塑性树脂基复合材料在航空航天领域的应用具有实用价值。

技术领域

本发明涉及耐高温热塑性树脂基复合材料，特别涉及连续玄武岩纤维增强杂萘联苯结构聚芳醚树脂基复合材料及其制备方法。

背景技术

玄武岩纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、隔热隔音、热振稳定性好、介电性能优异、绿色无污染及成本低等优点，凭借优异的综合性能使其在玻璃纤维和碳纤维之间架起了一座桥梁。另外，玄武岩纤维增强树脂基复合材料凭借优异的机械性能和可设计性被广泛地应用于飞行器、汽车、船舶、建筑、石油化工管道及风力发电机叶片等领域。玄武岩纤维增强树脂基复合材料在韧性、刚度、杨氏模量、弯曲强度和抗压强度等方面均优于玻纤增强树脂基复合材料，尤其是具有更高的抗冲击损伤能力。与碳纤维增强树脂基复合材料相比，虽然在强度方面难以匹敌，但玄武岩纤维复合材料具有无可比拟的价格优势和环境友好性。张涛等[Zhang T,et al.Sci.Eng.Compos.Mater.2019；26(1)]报道了玄武岩纤维增强聚醚醚酮(BF/PEEK)复合材料，该研究对于PEEK在工程中的应用具有重要意义，但由于PEEK的玻璃化转变温度为143℃，限制了其在耐高温领域的应用。为了满足航空航天等领域的应用需求，充分发挥玄武岩纤维耐高低温、环保的性能优势，开发耐温等级更高的热塑性树脂基体，提高纤维与树脂的匹配性，研制耐高温玄武岩纤维增强热塑性树脂基复合材料成为未来的研究发展方向之一。

杂萘联苯结构聚芳醚系列高性能树脂是大连理工大学自主研发的一类高性能热塑性树脂基体，其玻璃化转变温度在250～370℃之间可调控，且可溶解于某些极性非质子有机溶剂，不仅可采用传统热塑性树脂的注塑挤出加工成型，还可采用溶液方式加工成型，综合性能优异，尤其是高温力学性能突出。因此，利用杂萘联苯结构聚芳醚可溶解的特性，可采用溶液浸渍法制备连续纤维增强复合材料的预浸料，具有易操作、成本低的特点。

发明内容

本发明的目的是：以耐高温杂萘联苯结构聚芳醚树脂为基体，以连续玄武岩纤维为增强体，提供一种可在高温下长期使用、力学性能优异的高性能热塑性树脂基复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种连续玄武岩纤维增强杂萘联苯结构聚芳醚树脂基复合材料，该复合材料的原料包括连续玄武岩纤维和杂萘联苯结构聚芳醚树脂，按照质量百分比组成为：

连续玄武岩纤维：50～90％；

杂萘联苯结构聚芳醚腈树脂：10～50％。

所述的杂萘联苯结构聚芳醚树脂为：

—Ar₁—为

(1,2位、1，3位或1，4位)、(3，3'位或4，4'位)、(1,2位、1，3位或1，4位)、(1,4位、1，5位、1，6位、2，6位或2，7位)、(2，2'位或4，4'位)、(3，3'位或4，4'位)、(3，3'位或4，4'位)、(3，3'位或4，4'位)、(3，3'位或4，4'位)、(3，3'位或4，4'位)、(3，3'位或4，4'位)；

—Ar₂—、—Ar₃—为

—Ar₄—为