一种高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法_2

文档序号:9779946阅读:来源:国知局
剂(如去 离子水、丙酮等)中;(3)将步骤(2)得到的产物进行热亚胺化。
[0041] 在一种最优选的实施方式中,聚酰亚胺沉析纤维的制备方法包括:(1)将联苯二胺 溶解于N、N_二甲基乙酰胺与二甲苯按体积比为5:1的混合溶剂中,然后加入酸酐类单体(酸 酐类单体的组成优选为:2,3,3',4'_联苯四酸二酐、3,3',4,4'_二苯酮四酸二酐和3,3',4, 4 二苯醚四酸二酐,重量比为1:5:1 ),控制联苯二胺与酸酐类单体的摩尔比为1:1.05,且 每升混合溶剂中固体含量为300g,搅拌反应生成聚酰胺酸产物;(2)向步骤(1)中得到的聚 酰胺酸产物中加入上述混合溶剂至聚酰胺酸的含量为l〇wt%,室温下溶液粘度为300cp,然 后在搅拌下将其注入去离子水中,再继续搅拌,然后用水洗涤产物,得到聚酰胺酸沉析纤 维;(3)将步骤(2)得到的聚酰胺酸沉析纤维通过流化床技术热亚胺化,进行热亚胺化,得到 聚酰亚胺沉析纤维。
[0042]本发明中,当使用聚酰亚胺沉析纤维时,其平均长度可以0. l-10mm,当使用聚酰亚 胺短切纤维时,其平均长度可以l_20mm。
[0043]根据本发明所述的方法,步骤(2)中,所述表面处理的方法可以为本领域各种常规 的方法,例如可以为碱液法或低温等离子体法。优选地,所述碱液法包括:采用NaOH溶液刻 蚀纤维l-10min,Na0H溶液的浓度为5-10重量%,优选地,相对于Ig待处理纤维,NaOH溶液的 用量为20-lOOml,从而能够进一步提高制得的聚酰亚胺树脂基复合材料的强度、韧性和耐 高温性。
[0044]优选地,所述低温等离子体法包括:在功率200-250W下采用氧等离子体对纤维进 行表面处理Ι-lOmin,从而能够进一步提高制得的聚酰亚胺树脂基复合材料的强度、韧性和 耐高温性。
[0045] 本发明的方法还可以包括:将步骤(2)得到的产物用水洗涤至中性后再分散在步 骤(1)得到的聚酰亚胺树脂溶液中。
[0046] 根据本发明所述的方法,步骤(3)中,优选地,相对于100重量份的聚酰亚胺树脂溶 液,对应所述聚酰亚胺类纤维的用量为5-40重量份,更优选为5-15重量份,从而能够进一步 提高制得的聚酰亚胺树脂基复合材料的强度、韧性和耐高温性。
[0047] 根据本发明所述的方法,步骤(3)中,优选地,所述分散的温度为25_80°C,更优选 为25°C_50°C,从而能够进一步提高制得的聚酰亚胺树脂基复合材料的强度、韧性和耐高温 性。
[0048] 根据本发明所述的方法,步骤(3)中,优选地,所述搅拌条件包括:搅拌速度为100-2000r/min,更优选为200-1000r/min,从而能够进一步提高制得的聚酰亚胺树脂基复合材 料的强度、韧性和耐高温性。
[0049] 根据本发明所述的方法,步骤(4)中,优选地,所述升温处理的方式包括:以2-10 °C/min的升温速率升至150-300°C,保温0.5-2h,优选地,以5-10°C/min的升温速率升至 150-250°C,保温l_1.5h,从而能够进一步提高制得的聚酰亚胺树脂基复合材料的强度、韧 性和耐高温性。
[0050] 根据本发明所述的方法,步骤(5)中,所述热压成型处理的条件可以为本领域各种 热压成型处理条件,优选地,所述热压成型处理的条件包括:温度为320-400°C,压力为1-8MPa,时间为0.5-2h,从而能够进一步提高制得的聚酰亚胺树脂基复合材料的强度、韧性和 耐高温性。
[0051] 另一方面,本发明提供了上述方法制备的高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料。
[0052] 本发明的高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料的5重量%热分解温度大于550°C,弯 曲强度大于120MPa,拉伸强度大于90MPa,断裂伸长率大于4%,冲击强度大于20J · cnf2。 [0053] 实施例
[0054]聚酰亚胺树脂按照文献"陈建升,左红军,高群峰,何冠君,范琳,杨士勇,苯乙炔基 封端PMR型聚酰亚胺树脂的制备与性能研究,航空材料学报,27(5)66-70"中的方法制备。
[0055]聚酰亚胺纤维浆柏和聚酰亚胺短切纤维购自江苏先诺新材料科技有限公司。
[0056]聚酰亚胺沉析纤维的制备方法为:将联苯二胺溶解于N、N_二甲基乙酰胺与二甲苯 按体积比为5:1的混合溶剂中,然后加入酸酐类单体(酸酐类单体的组成为:2,3,3',4'_联 苯四酸二酐、3,3',4,4'_二苯酮四酸二酐和3,3',4,4'_二苯醚四酸二酐,重量比为1:5:1), 控制联苯二胺与酸酐类单体的摩尔比为1:1.05,且每升混合溶剂中固体含量为300g,在5°C 下搅拌反应3h生成聚酰胺酸产物;(2)向步骤(1)中得到的聚酰胺酸产物中加入上述混合溶 剂至聚酰胺酸的含量为10重量%,室温下溶液粘度为300cp,然后在50°C、1000r/min搅拌速 度下将其注入去离子水中,再继续搅拌15min,然后用水洗涤产物,得到聚酰胺酸沉析纤维; (3)将步骤(2)得到的聚酰胺酸沉析纤维通过流化床技术热亚胺化,在350°C下热亚胺化 5min,得到聚酰亚胺沉析纤维。所得高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料在刹车片中的应用。 [0057] 实施例1
[0058]本实施例用于说明本发明的高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法。 [0059] (1)采用1500ml 5wt%Na0H溶液表面处理15g聚酰亚胺浆柏纤维(平均长度为2mm, 比表面积为7m2/g)5min;
[0060] (2)将步骤(1)得到产物用水洗涤至中性;
[0061] (3)在温度40°C、搅拌速度为600r/min下,将步骤(2)得到的聚酰亚胺浆柏纤维分 散在100g制得的聚酰亚胺树脂溶液(固含量40%,重均分子量为2000)中;
[0062] (4)将步骤(3)得到的混合浆料经5°C/min的升温速率升至240°C,并保温Ih;
[0063] (5)在温度为370°C、压力为6MPa的条件下,将步骤(4)得到的产物进行热压成型处 理Ih,制得高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料Al。
[0064] 实施例2
[0065] 本实施例用于说明本发明的高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法。 [0066] (1)在功率为200W下,采用氧等离子体对5g聚酰亚胺浆柏纤维(平均长度为1mm,比 表面积为I lm2/g)进行表面处理5min;
[0067] (2)将步骤(1)得到产物用水洗涤至中性;
[0068] (3)在温度25°C、搅拌速度为1000r/min下,将步骤(2)得到的聚酰亚胺浆柏纤维分 散在100g制得的聚酰亚胺树脂溶液(固含量30%,重均分子量为10000)中;
[0069] (4)将步骤(3)得到的混合浆料经10°C/min的升温速率升至220°C,并保温Ih;
[0070] (5)在温度为320°C、压力为2MPa的条件下,将步骤(4)得到的产物进行热压成型处 理2h,制得高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料A2。
[0071] 实施例3
[0072] 本实施例用于说明本发明的高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法。
[0073] (1)采用500ml IOwt%NaOH溶液表面处理IOg聚酰亚胺浆柏纤维(平均长度为 0.5mm,比表面积为16m2/g)2min;
[0074] (2)将步骤(1)得到产物用水洗涤至中性;
[0075] (3)在温度50°C、搅拌速度为200r/min下,将步骤(2)得到的聚酰亚胺浆柏纤维分 散在100g制得的聚酰亚胺树脂溶液(固含量20%,重均分子量为20000)中;
[0076] (4)将步骤(3)得到的混合浆料经8°C/min的升温速率升至150°C,并保温1.5h; [0077] (5)在温度为370°C、压力为IMPa的条件下,将步骤(4)得到的产物进行热压成型处 理0.5h,制得高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料A3。
[0078] 实施例4
[0079] 本实施例用于说明本发明的高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法。
[0080] 按照实施例1的方法制备高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料A4,不同的是,将实施 例1中的聚酰亚胺浆柏纤维替换为制得的聚酰亚胺沉析纤维。
[0081 ] 实施例5
[0082]本实施例用于说明本发明的高强高韧聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法。
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