本发明专利技术公开一种短纤维增强的聚酰亚胺复合材料，该复合材料由１）短纤维，包括碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维、石英纤维、Ｋｅｖｌａｒ纤维及其任意比例的混合物；２）功能性添加剂，包括石墨粉、二硫化钼粉、聚四氟乙烯粉、铜粉、铝粉、氧化铁粉、氧化硅、氧化钙、无机晶须、脱模剂、碳粉及其任意比例的混合物；和３）聚酰亚胺基体树脂在１－１０ＭＰａ的压力下经适当的热固化工艺（＜３５０℃）制备而成。所制备的复合材料具有高耐热、高力学性能、耐磨耗、自润滑等优良的性能，可广泛应用于电力机械、矿山机械、纺织机械、化工机械、医药机械和汽车工业等领域以及航天航空等高新技术行业中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种短纤维增强的热固性聚酰亚胺复合材料。本专利技术还涉及一种上述复合材料的制备方法。本专利技术还涉及上述复合材料的用途。
技术介绍
碳纤维增强的聚酰亚胺树脂基复合材料具有优异的耐高温、耐低温、耐辐射等性能，比强度高、比模量高、成型工艺简单，在航空、航天、微电子等许多高新
得到了广泛的应用。碳纤维增强聚酰亚胺复合材料包括连续纤维增强复合材料和短纤维增强复合材料两大类。连续纤维增强复合材料主要用于大型结构部件的制造，而短纤维增强复合材料主要用于高精度、小尺寸零部件的制造。NASA Langley研究中心(R.H.Pater，etc.Thermosetting polyimides.A review，SAMPE Journal，1994，30(5)，29)；M.A.Meador，etc.Recent Advances in the Development of Processable Hightemperature Polymers，Annul.Rev.Mater.Sci，1998，28，599)详细报道了连续碳纤维增强聚酰亚胺复合材料在航空航天工业中的典型应用。耐高温聚酰亚胺树脂基复合材料主要应用于先进航空发动机、巡航导弹、洲际导弹、运载火箭、航天飞机以及精密机械等方面。具体的应用包括运载火箭的耐高温结构件；高速巡航导弹中的雷达天线罩、尾翼；航空发动机中的冷端舱部件。随着科学技术的发展，未来军用战斗机要求能够超音速巡航，对作为气动表面材料的树脂基复合材料的使用温度和湿度提出了更高的要求，战斗机机翼蒙皮温度在高湿情况下可以达到300℃，目前只有PMR聚酰亚胺树脂基复合材料是最理想的材料。另外在先进巡航导弹中，为提高突防能力，对飞行速度的要求越来越高，这也需要耐高温的轻质高强的结构材料，PMR聚酰亚胺树脂基复合材料是理想的候选材料。1998年杨士勇等(中国专利技术专利，98101237.X)公开了一种短纤维增强PMR聚酰亚胺复合材料及其制备方法。这类短纤维增强的复合材料具有优良的成型加工性能，可以一次成型结构复杂，小体积的耐高温零部件；通过添加不同的纤维和功能性填料可以制备具有不同功能(如耐磨耗、自润滑、耐腐蚀、宽频透波等)零部件，在国防和民用上都具有重要的应用价值。短纤维增强的聚酰亚胺树脂基复合材料已经成功地应用于航空航天发动机冷端的环、管等。在汽车工业中可以用作尾气管和刹车片等。此外还包括化工、医药、纺织工业中要求无油润滑承力轴、耐化学腐蚀或密封性能好的轴、辊、轴套等。2001年杨士勇等(中国专利技术专利，01118566X)公开了一种热固性聚酰亚胺基体树脂及其制备方法。该基体树脂溶液粘度适中，储存稳定性良好，适于浸渍增强材料，经热固化后得到的材料孔隙率低，性能优异。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种短纤维增强聚酰亚胺复合材料。该复合材料具有优良的成型工艺性能、耐高温性能和良好的力学性能，适于采用直接成型法一次性制造高精度耐高温零部件。本专利技术的另一目的是公开一种制备上述复合材料的方法。本专利技术公开的短纤维增强热固性聚酰亚胺复合材料，由下述3种组份组成组份重量份数最佳重量份数聚酰亚胺基体树脂 45-9065-85短纤维5-35 10-25功能性添加剂 0-20 5-10上述组份中，聚酰亚胺基体树脂具有下述的化学结构 其中x＝0-1，y＝0-1，n＝1-10。上述聚酰亚胺基体树脂是按中国专利技术专利01118566.X公开的制备工艺技术进行1)将芳香族有机四酸二酐与低沸点醇类化合物通过酯化反应生成相应的芳香族有机二酸二酯；2)将降冰片烯酸酐与低沸点醇类化合物通过酯化反应生成相应的降冰片烯酸酐的单酸单酯；3)将有机二胺溶解于低沸点有机溶剂中，然后分别加入上述的芳香族有机二酸二酯和降冰片烯酸酐的单酸单酯；反应后得到聚酰亚胺基体树脂溶液。制备方法中的芳香族有机四酸二酐系指3，3’，4，4’-二苯甲醚四酸二酐(ODPA)、3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)、3，3’，4，4’-联苯四酸二酐(BPDA)及其任意比例的混合物。制备方法中的有机二胺系指4，4’-二苯甲烷二胺(MDA)、3，4’-二苯甲醚二胺(3，4-ODA)、1，4-对苯二胺(pPDA)、1，3-间苯二胺(mPDA)及其任何比例的混合物。制备方法中的低沸点有机溶剂系指甲醇、乙醇、异丙醇，正丁醇及其任意比例的混合物。本专利技术提供的短纤维增强热固性聚酰亚胺复合材料中所述的短纤维包括各种牌号的碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维、石英纤维、Kevlar纤维及其任意比例的混合物。所述的功能性添加剂包括石墨粉、二硫化钼粉、聚四氟乙烯粉、铜粉、铝粉、氧化铁粉、氧化硅、氧化钙、无机晶须、脱模剂、碳粉及其任意比例的混合物。本专利技术公开的制备短纤维增强热固性聚酰亚胺复合材料的方法如下1)将5-35份短纤维，0-20份功能性添加剂，然后加入45-90份聚酰亚胺基体树脂，高速搅拌10-30分钟，使纤维和添加剂与树脂充分浸渍得到树脂/纤维混合物；采用加热的方法将树脂/纤维混合物的部分溶剂蒸发掉，得到粘稠、半流体状的混合物，其中溶剂占混合物总重量的5-20％。2)在空气循环鼓风烘箱或真空烘箱中，加热处理上述的半流体状混合物，使之干燥成固体。加热过程中聚酰亚胺基体树脂发生一系列化学反应后生成具有适当熔体流动性能的、可热固性模塑粉。模塑粉的处理温度与处理时间的变化过程如表1所示。表1聚酰亚胺复合材料的模塑粉的制备条件 采用上述方法制得的模塑粉具有合适的工艺流动性，其熔体指数(MFI)在1.0-5.0g/分钟的范围内。3)将上述模塑粉料加入模具中，经一系列加热和加压固化交联反应生成热固性聚酰亚胺复合材料。成型温度范围250-350℃，成型压力范围0.5-10MPa，成型时间1-10小时。本专利技术所述的复合材料及其制品可以一次成型，其加工精度可以通过模具的精度进行控制；所制备的复合材料制品外观光洁度高，内部孔隙率低，工艺稳定。表2列出了复合材料的主要性能。表3列出了复合材料的力学性能。表2复合材料的物理性能和热性能 表3复合材料的力学性能 本专利技术所述的复合材料可广泛应用于民用市场如电力机械、矿山机械、纺织机械、化工机械、医药机械和汽车工业等领域以及航天航空等高新技术行业中的零部件。复合材料零部件在-250至400℃的温度环境中具有优良的综合性能，主要包括耐磨，抗辐射和绝缘性能等。具体实施例方式本专利技术提供的实施例如下实施例1将367份3，3’4，4’-二苯醚四酸二酐(ODPA)和158份降冰片烯酸酐(NA)分别在无水乙醇中加热回流，经酯化反应生成相应的芳香族有机二酸二酯(ODPE)和降冰片烯单酸单酯；将上述制备的芳香族有机二酸二酯和降冰片烯单酸单酯依次加入溶解有165份MDA与90份p-PDA的乙醇溶液中，反应后生成聚酰亚胺基体树脂，树脂中固含量50％，溶剂含量50％，树脂绝对粘度(25℃)200-300mPa.s。将320份基体树脂溶液与40份短碳纤维通过机械搅拌混合，使纤维与基体树脂充分浸渍。在空气循环鼓风烘箱或真空烘箱中加热处理上述的混合物，使部分溶剂挥发掉。继续加热至204℃，保温1小时后得到固体模塑粉，纤维重量含量为20％本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种短纤维增强聚酰亚胺复合材料，由聚酰亚胺基体树脂、短纤维、功能性添加剂组成；各组分按重量份计为：聚酰亚胺基体树脂４５－９０、短纤维５－３５、功能性添加剂０－２０；其中聚酰亚胺基体树脂具有下述化学结构：＊＊＊式中：ｘ ＝０－１，ｙ＝０－１，ｎ＝１－１０；上述聚酰亚胺基体树脂是按中国专利技术专利０１１１８５６６．Ｘ的方法制备；其中短纤维包括碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维、石英纤维、Ｋｅｖｌａｒ纤维及其任意比例的混合物；其中功能性添加剂包括石 墨粉、二硫化钼粉、聚四氟乙烯粉、铜粉、铝粉、氧化铁粉、氧化硅、氧化钙、无机晶须、脱模剂、碳粉及其任意比例的混合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨士勇，陈建升，范琳，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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