专利名称：一种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法
技术领域：
本发明涉及一种复合材料的改性方法，尤其涉及ー种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法，属于复合材料技术领域。
背景技术：
双马来酰亚胺(BMI)树脂作为先进复合材料的主要基体树脂，具有良好的耐热性能和力学性能，且克服了环氧树脂耐热性相对较低和耐高温聚酰亚胺树脂成型温度高、压カ大的缺点，近年来得到了迅速发展和广泛应用。但未改性的BMI树脂其主要不足是自身固化物脆性大，须经过增韧改性。用0，0' - ニ烯丙基双酚A(DBA)改性的4，4'-双马来酰亚胺基ニ苯甲烷(BDM)树脂体系取得了良好的增韧效果，其纤维复合材料已在工程中广泛应用。然而，用DBA改性的BMI虽然可以显著提高树脂的韧性，但仍不能达到高韧性树脂的水平，并且DBA分子中异丙基的存在降低了其热稳定性，在高温下较易分解，因此在一定程度上限制了其复合材料性能的发挥。利用层状硅酸盐黏土矿物对树脂基体进行改性，在黏土矿物添加量很少的情况下，树脂基体的強度、韧性和耐热性等均可得到明显改善。正因为如此，将层状硅酸盐改性的双马来酰亚胺树脂基体和纤维复合，制备混杂多尺度复合材料，以发挥无机纳米片层和微米纤维的协同作用，可进ー步提高复合材料的性能。黏土矿物因层间含有大量无机离子，对有机化合物呈疏性，需进行有机化处理。然而，采用通常的长链烷基铵盐等改性剂对黏土进行表面修饰，对本身具有较高耐热性能的 树脂是不利的，由于这类改性剂耐热性较差，并且与基体树脂的官能团难以发生化学反应生成共价键，在高温下会首先发生分解削弱了层状硅酸盐与树脂之间的界面作用力，从而在一定程度上影响了改性树脂的有关性能。北京航空材料研究院申请的“纳米复合双马来酰亚胺树脂及其制备方法”(专利号为02123693. 3)公开了ー种适用于纳米复合的双马来酰亚胺树脂，以及在这种双马来酰亚胺树脂中填充纳米材料的纳米复合技术及其复合材料的制备方法，将甲烷型BMI单体、ニ烯丙基双酚A和烯丙基苯酚按组分比称量混合均匀，加入纳米粒子，经加压、升温、保温固化等エ艺，得到纳米分散的复合材料。该项专利所公开的只是制备适用于与纳米粒子复合的双马来酰亚胺树脂基体，并没有涉及专门针对双马来酰亚胺树脂所用层状硅酸盐黏土矿物的有机改性剂，也没有涉及改性后的BMI树脂基体和纤维复合。
发明内容
本发明是为了进一歩提高连续纤维或纤维织物增强0，0' - ニ烯丙基双酚A(DBA)改性双马来酰亚胺树脂基复合材料的力学性能和耐热性能，而提供的有机化层状硅酸盐黏土矿物和纤维共同增强的混杂多尺度复合材料的制备方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法，其步骤如下将N-(4-氨苯基)马来酰亚胺改性的有机化层状硅酸盐黏土矿物加入到0，O' - ニ烯丙基双酚A中，在机械搅拌和超声作用下进行预插层。黏土矿物的改性剂中含有苯环和马来酰亚胺环，耐热性好，而且其中的马来酰亚胺环可以和DBA中的烯丙基发生作用，有助于黏土矿物在树脂中的剥离。然后加入双马来酰亚胺基ニ苯甲烷树脂进行预聚，搅拌冷却后，加入丙酮配制成树脂溶液。再使连续纤维或纤维织物经该树脂溶液充分浸溃后，利用烘干设备加热除去溶剂得到预浸料，最后在成型过程中层状硅酸盐进ー步被剥离，以纳米尺度分散在树脂基体中，得到混杂多尺度复合材料。所述的有机化层状硅酸盐黏土矿物是指经有机化改性的蒙脱土、累托石或海泡石
坐寸ο 所述的连续纤维是指碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或PBO纤维，纤维织物是上述纤维编织而成的平纹布或斜纹布等。所述的成型是指模压成型、热压罐成型或缠绕成型等方法。本发明所达到的有益效果是在连续纤维或纤维织物增强0，O' - ニ烯丙基双酚A (DBA)/4,4;-双马来酰亚胺基ニ苯甲烷(BDM)复合材料体系中，通过引入N-(4-氨苯基)马来酰亚胺改性的层状硅酸盐黏土矿物后，复合材料的弯曲強度和层间剪切強度分别提高20-60%，层间断裂韧性(Grc)提高50-100%，热分解温度提高10-20°C。制得的双马来酰亚胺树脂基混杂多尺度复合材料，综合性能优异，具有广阔的应用前景。
具体实施例方式实施例I在80_140°C的油浴条件下，将N-(4-氨苯基)马来酰亚胺改性的有机化蒙脱土加入到0，0' - ニ烯丙基双酚A (DBA)中，机械搅拌O. 5h后，进行1-1. 5h的超声处理，超声处理的功率为100-800W，频率为20-45HZ。然后加入双马来酰亚胺基ニ苯甲烷(BDM)树脂进行O. 5h的预聚，DBA和BDM的物质的量比为O. 85-1. 15 1，有机化蒙脱土的用量为树脂质量的1_10%，冷却后，加入丙酮配制成质量百分比浓度为10-35%的树脂溶液。然后，使连续碳纤维或其织物经该树脂溶液充分浸溃后，加热得到预浸料，最后经模压成型エ艺制备混杂多尺度复合材料。所得混杂多尺度复合材料的弯曲強度、层间剪切強度和层间断裂韧性分别为1976MPa、121MPa和275J/m2，相比未加入有机蒙脱土的复合材料，弯曲強度、层间剪切強度和层间断裂韧性分别提高26. 2%,32. 5%和81. 5% ;热分解温度为437°C，提高19°C。实施例2本实施例与实施例I的不同点是所用层状硅酸盐矿物为有机化累托石。实施例3本实施例与实施例I的不同点是所用层状硅酸盐矿物为有机化海泡石。实施例4本实施例与实施例I的不同点是所用纤维为玻璃纤维。实施例5本实施例与实施例I的不同点是所用纤维为芳纶纤維。实施例6本实施例与实施例I的不同点是所用纤维为PBO纤维。实施例7
本实施例与实施例I的不同点是所用成型方法为热压罐エ艺。实施例8 本实施例与实施例I的不同点是所用成型方法为缠绕エ艺。
权利要求
1.一种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法，其步骤如下将N-(4-氨苯基)马来酰亚胺改性的有机化层状硅酸盐黏土矿物加入到O，O' -二烯丙基双酚A中，在机械搅拌和超声作用下进行预插层；然后加入双马来酰亚胺基二苯甲烷树脂进行预聚，搅拌冷却后，加入丙酮配制成树脂溶液；再使连续纤维或纤维织物经该树脂溶液充分浸溃后，利用烘干设备加热除去溶剂得到预浸料，最后在成型过程中层状硅酸盐进一步被剥离，以纳米尺度分散在树脂基体中，得到混杂多尺度复合材料。
2.如权利要求I所述的一种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法，其特征在于所述的有机化层状硅酸盐黏土矿物是指经有机化改性的蒙脱土、累托石或海泡石。
3.如权利要求I所述的一种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法，其特征在于所述的连续纤维是指碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或PBO纤维，纤维织物是上述纤维编织而成的平纹布或斜纹布。
4.如权利要求I所述的一种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法，其特征在于所述的成型是指模压成型、热压罐成型或缠绕成型。
5.如权利要求I所述的一种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法，其特征在于在80-140°C的油浴条件下，将N-(4-氨苯基)马来酰亚胺改性的有机化蒙脱土加入到0，O' - 二烯丙基双酚A中，机械搅拌O. 5h后，进行1-1. 5h的超声处理，超声处理的功率为100-800W，频率为20-45HZ ;然后加入双马来酰亚胺基二苯甲烷树脂进行O. 5h的预聚，DBA和BDM的物质的量比为O. 85-1. 15 1，有机化蒙脱土的用量为树脂质量的1-10%，冷却后，加入丙酮配制成质量百分比浓度为10-35%的树脂溶液，然后，使连续碳纤维或其织物经该树脂溶液充分浸溃后，加热得到预浸料，最后经模压成型工艺制备混杂多尺度复合材料。
全文摘要
一种用于双马来酰亚胺树脂基复合材料的纳米复合改性方法，属于先进树脂基复合材料制造领域。该方法首先在液态的O，O′-二烯丙基双酚A(DBA)中，加入N-(4-氨苯基)马来酰亚胺改性的层状硅酸盐黏土矿物，在机械搅拌和超声分散的共同作用下进行插层预处理，然后加入双马来酰亚胺基二苯甲烷(BDM)树脂进行预聚，经冷却加入丙酮配制成一定浓度的树脂溶液。再将连续纤维或其织物经该树脂溶液充分浸渍后，加热得到预浸料，最后按照一定的成型工艺制备混杂多尺度复合材料。用本发明所述方法所得的混杂多尺度复合材料，可以有效发挥无机纳米片层和微米纤维的协同作用，进一步提高双马来酰亚胺树脂基复合材料的综合性能。
文档编号C08K7/06GK102634208SQ201210128308
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者卢少微, 李伟, 王柏臣, 赵焕伟, 陈平, 马克明 申请人:沈阳航空航天大学