专利名称：芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型复合材料及其制备方法，尤其涉及一种芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法，属于新材料制备技术领域。
背景技术：
聚酰亚胺是一类主链上含酰亚胺基团的有机高分子，具有优异的热稳定性、高真空、抗辐照和低摩擦磨损等优点。聚酰亚胺作为自润滑耐磨材料应用于航天等领域的摩擦系统中，日益受到国防军事及尖端技术部门的极大重视。其中，加成型聚酰亚胺(API)具有优良的加工性能和突出的热氧化稳定性能，但是在单独使用时耐磨性能差，所以，在基体中加入各种填料制成聚酰亚胺复合材料构件，是其在摩擦学领域应用的主要形式之一。填料的性质、尺寸和含量影响着复合材料的力学性能和摩擦学性能。当填料含量相同时，纤维状填料对复合材料摩擦学性能的改善作用最明显。
芳纶纤维是一种高性能的有机纤维，不但具有超高强、超高模量、耐高温和比重轻等特性，而且还具有良好的抗冲击和耐疲劳性能、良好的介电性、化学稳定性、低膨胀、低导热等特点，因此，芳纶纤维可以用来增强聚酰亚胺，提高复合材料的力学性能和摩擦学性能。
CN1080298A公开了一种热塑性聚酰亚胺复合材料及其制备方法，采用原位聚合方法制备连续纤维增强聚酰亚胺复合材料，采用的聚酰亚胺为热塑性，成型比较复杂，比较适合于复合材料板材的生产，而不太适合生产形状比较复杂的承力结构件或者摩擦件。
CN1339536A公开了一种短切纤维增强聚酰亚胺模塑料及其制备方法，采用的短切纤维是碳纤维、玻璃纤维、石墨纤维中的一种，采用两条高温基膜单面涂胶，在涂胶层加入上述短纤维，最后去除基膜，得到模塑料。这种方法只适合制作板材，比较薄，而且成型工艺比较复杂，也不适合制作形状比较复杂的构件。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法，工艺简单可行，制备的材料适合用于结构材料和摩擦材料，满足航空、航天部门对复合材料结构件和摩擦件的性能要求。
为实现这样的目的，本发明采用短切芳纶纤维、加成型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、以及少量的石墨等原料，采用干式气流粉碎共混和热压模塑成型工艺，制备芳纶/聚酰亚胺复合材料。
本发明的芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料原料组成重量百分比为加成型聚酰亚胺模塑粉60～80％长度为3～15mm短切芳纶纤维15～30％聚四氟乙烯2.5～10％石墨2.5～5％本发明的复合材料制备方法具体为首先将芳纶纤维进行表面处理以提高纤维表面活性，采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为300～500kGy，然后将经过上述表面处理的芳纶纤维，与加成型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨混合，在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，气流粉碎的压缩空气压力为4～6MPa，然后经过热压模塑成型，热压温度为200℃～240℃，时间为0.5～1小时，压力为16～23MPa。
本发明采用的芳纶纤维包括美国杜邦公司的Kevlar系列纤维、荷兰的AKZO公司的Twaron系列纤维、俄罗斯的Terlon纤维、APMOC系列纤维、国产的芳纶1414、F-12等短切芳纶纤维。聚酰亚胺为加成型聚酰亚胺模塑粉，如PMR-15、Kerimid等。
本发明对芳纶纤维进行表面处理时也可以采用其他表面处理方法，如等离子体处理，化学接枝等。
本发明的工艺简单，制得的复合材料具有优良的力学性能和摩擦学性能，可以应用于各种轴承、齿轮、密封件以及承力结构件的制造，特别适合应用于航空、航天领域的复合材料结构件和摩擦件。
具体实施例方式以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
制备芳纶/聚酰亚胺复合材料组分重量百分比为F-12短切芳纶纤维(长度为15mm左右)30％，PMR-15聚酰亚胺模塑粉65％，聚四氟乙烯2.5％，石墨2.5％。
首先采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为300kGy，然后同聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，压缩空气压力为4MPa，然后经过热压模塑成型，温度为200℃，时间为1小时，压力为23MPa。
根据GB1446-83标准测试复合材料的拉伸强度为58.4MPa。
实施例2为了测试复合材料的摩擦学性能，调整复合材料的原料配比，加大聚四氟乙烯组分和石墨组分，重量百分比如下短切Kevlar纤维(长度3mm左右)20％，PMR-15聚酰亚胺模塑粉70％，聚四氟乙烯5％，石墨5％。
首先采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为400kGy，然后同聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，压缩空气压力为5MPa，然后经过热压模塑成型，温度为220℃，时间为40分钟，压力为20MPa。
成型后经过机械加工制成Φ5mm×18mm聚酰亚胺复合材料的栓试样，在玄武三号栓盘式高温摩擦磨损试验机上测定材料的摩擦学性能其稳定摩擦系数在0.2左右，磨损率为1.2×10-14m3(Nm)-1。
实施例3原料组分重量百分比为APMOC短切芳纶纤维(长度为10mm左右)15％，PMR-15聚酰亚胺模塑粉80％，聚四氟乙烯2.5％，石墨2.5％。
首先采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为500kGy，然后同聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，压缩空气压力为6MPa，然后经过热压模塑成型，温度为240℃，时间为0.5小时，压力为16MPa。
GB1449-83标准测试其弯曲强度，结果为70.2Mpa。
权利要求
1.一种芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料，其特征在于组分重量百分比为长度为3～15mm短切芳纶纤维15～30％，聚酰亚胺树脂60～80％，聚四氟乙烯2.5～10％，石墨2.5～5％。
2.如权利要求1的芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于首先将芳纶纤维进行表面处理以提高纤维表面活性，采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为300～500kGy，然后将经过上述表面处理的芳纶纤维，与聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，压缩空气压力为4～6MPa，然后经过热压模塑成型，热压温度为200℃～240℃，时间为0.5～1小时，压力为16～23MPa。
全文摘要
本发明涉及一种芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法，首先将芳纶纤维进行表面改性处理以提高纤维表面活性，采用γ－射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为300～500kGy，然后将经过上述表面处理的芳纶纤维，与加成型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨混合，在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，气流粉碎的压缩空气压力为4～6MPa，然后经过热压模塑成型，热压温度为200℃～240℃，时间为0.5～1小时，压力为16～23MPa。经过上述工艺制得的芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料具有优良的力学性能和摩擦学性能，可用于航空航天领域的复合材料结构件和摩擦件。
文档编号D06M11/00GK1487020SQ0314166
公开日2004年4月7日 申请日期2003年7月17日 优先权日2003年7月17日
发明者吴炬, 程先华, 吴 炬 申请人:上海交通大学