一种聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法和应用，将经表面处理的短切纤维分散于非质子极性溶剂中，并将二胺单体溶解于其中，再加入1，2，4

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法和应用，属于高分子材料


技术介绍

[0002]聚酰胺酰亚胺最早是由美国Amoco公司于1964年首先研制成功并应用于绝缘漆，1972年开发出模塑料并于1976年以Torlon牌号(现被Solvay公司收购)商品化。随后日本东丽公司研制出TI
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5000模塑粉。国内对于聚酰胺酰亚胺特种工程塑料也有研究，但没有成熟的工业化产品推出。
[0003]聚酰胺酰亚胺(Polyamide
‑
imide,PAI)通常具有以下高分子重复结构单元：
[0004][0005]R为等。
[0006]由PAI分子结构可见，聚酰胺酰亚胺的分子主链上同时含有酰胺和酰亚胺环两种结构单元。在性能上，也就同时拥有PA和PI的一些性能优势，如耐高温、耐腐蚀、耐摩擦磨损、力学等性能优异，可与多种物质进行复合，是一种性能卓越的特种工程塑料。PAI材料在航空航天、军事装备、化工设备、电子器械等领域具有广阔的发展前景。
[0007]从分子结构上看，PAI属于热塑性材料，PAI树脂理论上有着比较好的力学性能，但实际上PAI的加工性能非常差。经本专利技术人研究分析和总结，加工性能差主要表现为以下几个方面：
①
PAI物料的加工温度窗口很窄，加工过程中很容易物料过热分解。
②
PAI物料在加工设备中的停留时间极短，否则容易热分解。
③
PAI物料不能经受强剪切，否则会剪切生热降解。
[0008]为了在更苛刻的工况下应用，PAI需要进行增强改性。在本专利技术人的研究实践中发现，对PAI材料进行增强改性时，材料共混是一大难题。材料在双螺杆挤出机中的停留时间短不容易充分混合，停留时间长则物料又容易分解。没有强烈的剪切难以保证增强材料均匀分散，但是强烈的剪切又会促使PAI物料分解。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是针对以上技术问题，专利技术一种聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法和应用，以进一步提升力学性能和加工性能。
[0010]本专利技术提供的技术方案如下：
[0011]一种聚酰胺酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将经表面处理的短切纤维分散于非质子极性溶剂中，并将二胺单体溶解于其中，再加入1，2，4
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偏苯三酸酐酰氯，进行原位聚合反应，得到短切纤维增强PAI预分散树脂；
[0013](2)将步骤(1)得到的PAI预分散树脂经酰亚胺化处理，并制备成树脂粉；
[0014](3)将步骤(2)得到的树脂粉通过挤出机进行混炼造粒，得到所述聚酰胺酰亚胺复合材料。
[0015]进一步的，所述挤出机采用双螺杆挤出机，所用的螺杆组合采用低剪切螺杆组合。
[0016]进一步的，所述步骤(1)的表面处理是经过硅烷偶联剂处理。
[0017]进一步的，所述短切纤维包括玻璃纤维和/或碳纤维。
[0018]进一步的，所述短切纤维占复合材料总质量的5～40％。
[0019]进一步的，所述步骤(1)的原位聚合反应温度控制在
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15℃～30℃。
[0020]进一步的，所述步骤(2)先经化学酰亚胺化处理，然后倒入水中经沉析制备成树脂粉，再经热酰亚胺化处理。
[0021]本专利技术提供的一种聚酰胺酰亚胺复合材料，其包括短切纤维及其表面接枝的聚酰胺酰亚胺分子链，该接枝通过短切纤维表面的活性基团与合成聚酰胺酰亚胺所需的1，2，4
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偏苯三酸酐酰氯发生反应形成。
[0022]本专利技术提供的一种所述的聚酰胺酰亚胺复合材料的应用，将所述聚酰胺酰亚胺复合材料成型加工制成耐磨零部件或耐高温的密封器件。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024](1)本专利技术采用原位聚合增强改性。短切纤维经过表面处理，在PAI单体聚合前添加，纤维表面的活性基团可以和1，2，4
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偏苯三酸酐酰氯发生反应。纤维表面就会原位接枝PAI分子链，纤维和树脂通过化学键结合，改善了界面间的作用力，进而提升了力学性能。
[0025](2)本专利技术在双螺杆挤出机混炼过程中采用低剪切、短停留时间，例如采用低剪切混炼螺杆组合来控制剪切强度。将短切纤维增强PAI预分散树脂经过双螺杆挤出机进行混炼造粒，双螺杆挤出机的作用主要是将粉料造粒成粒子，便于注塑、模压、挤出等成型加工。由于短切纤维已经在树脂基体中进行了原位聚合预分散，已经达到比较好的分散效果，不需要再采用强烈的剪切和长时间停留来达到好的分散效果。造粒时采用低剪切效果的混炼螺杆组合，减少物料的剪切生热分解以及停留时间过长分解的问题。
[0026](3)与现有市场上Amoco公司的PAI产品相比，本专利技术的PAI复合材料力学性能更好。一是因为通过原位接枝改善了短切纤维和PAI树脂的界面结合，二是整个处理过程中尽可能保留了短切纤维的长度，三是通过工艺过程的改进保障了基体树脂不发生热分解。
[0027]本专利技术的复合材料可以用于航空航天、轨道交通、汽车、工程机械等特种装备领域的精密耐磨零部件以及耐高温的密封器件。
具体实施方式
[0028]为了便于理解本专利技术，下文将本专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0029]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0030]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0031]本专利技术采用原位聚合改性方式，先制备短切纤维增强预分散树脂，在短切增强纤维表面接枝PAI分子链，经酰亚胺化处理，然后再将预分散好的树脂经过低剪切的双螺杆挤出机进行混炼，最终得到短切纤维增强的PAI复合材料。
[0032]本专利技术一个具体实施方式的聚酰胺酰亚胺复合材料的制备方法，包括下述的步骤：
[0033](1)原位聚合制备短切纤维增强改性PAI预分散树脂
[0034]将短切增强纤维表面处理，然后分散在非质子极性溶剂(例如DMF、DMAC、NMP、DMSO等)中，高速搅拌(或者超声震荡)，待短切纤维被打散、分散均匀后备用，得到短切纤维分散液。
[0035]在本专利技术一个具体实施方式中，所述短切纤维可以是指长度为1～15mm的短纤维，可以是玻璃纤维、碳纤维等。其中的表面处理是经过硅烷偶联剂处理，玻璃纤维和经过王水刻蚀的碳纤维等短切纤维与硅烷偶联剂反应以后，表面会产生氨基、羟基等活性基团，偏苯三酸酐酰氯上面的酰氯基团可以与其反应。实际操作过程中，硅烷偶联剂的用量有限(一般为纤维质量的0.5
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5％)，纤维表面的反应位点数量也有限，纤维和1，2，4
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚酰胺酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将经表面处理的短切纤维分散于非质子极性溶剂中，并将二胺单体溶解于其中，再加入1，2，4
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偏苯三酸酐酰氯，进行原位聚合反应，得到短切纤维增强PAI预分散树脂；(2)将步骤(1)得到的PAI预分散树脂经酰亚胺化处理，并制备成树脂粉；(3)将步骤(2)得到的树脂粉通过挤出机进行混炼造粒，得到所述聚酰胺酰亚胺复合材料。2.根据权利要求1所述的聚酰胺酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机采用双螺杆挤出机，所用的螺杆组合采用低剪切螺杆组合。3.根据权利要求1或2所述的聚酰胺酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的表面处理是经过硅烷偶联剂处理。4.根据权利要求1或2所述的聚酰胺酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述短切纤维包括玻璃纤维和/或碳纤维。5.根据权利要求1或2所述的聚酰胺酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述短切纤维占复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进，杨海洋，杨军，甘顺昌，曹凯凯，刘含茂，李笃信，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：