一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法和应用，制备方法：将含聚酰胺酰亚胺、纳米填料和溶剂的纺丝液进行静电纺丝，即得聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜；产品：由纳米纤维构成，纳米纤维由聚酰胺酰亚胺本体以及分散在其中的纳米填料组成；应用：以纤维增强树脂预浸料或纤维织物为接收基材，将含聚酰胺酰亚胺、纳米填料的纺丝液进行静电纺丝，得双层复合材料，将双层复合材料进行裁剪、叠加铺层、固化，即得复合材料板材；最终制得的复合材料板材由纤维/树脂复合材料以及插入其中的增韧层组成，增韧层为聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜。本发明专利技术的方法简单，制得的产品孔隙率、比表面积高，应用于复合材料板材的方法简单，产品性能高。产品性能高。

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于静电纺丝
，涉及一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几十年来，随着科技的不断发展，复合材料得到突飞猛进的发展，由于复合材料通常具有高比强度、高比刚度、抗疲劳性能良好等优点，在航天、船舶、汽车等领域都得到了广泛的应用。但是，复合材料在受到外部应力的时候容易产生应力损伤，产生层间损伤，同时影响材料的使用寿命。因此，如何有效的抑制复合材料的分层损伤，提高材料的层间韧性是目前复合材料急需解决的问题之一。
[0003]为了解决这一问题，并且有效地提高复合材料的整体性能，目前主要的方法有两种：
[0004]一种是在复合材料层压板中插入一层热塑性树脂膜作为增韧层，该增韧技术侧重于层合板层间区域的增韧，而不是复合材料整体的增韧，并且由于热塑性树脂膜会影响基体树脂在层间的流动性，基体树脂对纤维的浸润性差，使得基体树脂和纤维结合不均匀从而影响最终产品的强度、韧性；
[0005]另一种是将热塑性树脂膜换成纳米纤维膜，通过纳米纤维膜的多孔性来改善基体树脂难以在层间流动的问题，目前常用的纳米纤维膜材料为聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚己内酯(PCL)等，但是这些材料制造出的复合材料强度和韧性不足，且不适用于高温固化工艺，例如文献(Electropunk nanofiber toughened cardon/epoxy composites:Effects of polyether ketone cardo(PEK
‑
C)nanofiber diameter and interlayer thickness)中公开了一种使用(PEK
‑
C)纳米纤维增强层间韧性的方法，该方法虽然提高了断裂韧性，但会显著地降低材料的弯曲性能，且不适用于高温固化工艺。
[0006]相比于上述常用的纳米纤维膜常用材料，聚酰胺酰亚胺纳米纤维具有更高的强度和韧性，具有较低的吸水性，并且聚酰胺酰亚胺的耐高温性能好，其玻璃化转变温度在250℃以上，使其能够满足复合材料的高温固化成型工艺，但是，实验中发现，直接使用聚酰胺酰亚胺溶液进行静电纺丝难以使得纺出的纤维丝成膜，以至于目前尚未有使用聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜作为纤维/树脂复合材料增韧层的研究和应用报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法和应用。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜，由纳米纤维构成，纳米纤维由聚酰胺酰亚胺本体以及分散在其中的含量为0.1～1.5wt％的纳米填料组成，纳米填料为碳纳米管和石墨烯中
的一种以上；纳米填料的主要作用是增加纺丝液的导电性，所以当纳米填料的含量低于0.1wt％时，增强的导电性不足，导致静电纺丝结果仍是液滴状的，无法使用；当纳米填料的含量高于1.5％时，固体含量过高而导致静电纺丝过程中溶液快速凝固在纺丝线上使得纺丝中止。
[0010]作为优选的技术方案：
[0011]如上所述的一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜，纳米纤维的直径为10～800nm；聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的厚度为0.01～0.1mm，断裂伸长率为10％～40％，拉伸强度为10～25MPa，孔隙率为70％～90％，失重5wt％的温度为380～480℃，聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜具有良好的耐热性能可能是由于芳香族聚酷亚胺基体中具有大量稳定的亚胺环及刚性结构。
[0012]本专利技术还提供制备如上所述的一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的方法，将含聚酰胺酰亚胺、纳米填料和溶剂的纺丝液进行静电纺丝，即得聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜；纺丝液中聚酰胺酰亚胺的含量为15～35wt％(优选为20～25wt％)，静电纺丝时相对湿度为30％～50％(优选为40％～45％)；现有技术未能成功制备聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜，本专利技术通过向纺丝液中添加一定量的纳米填料，同时控制纺丝液中聚酰胺酰亚胺的含量以及静电纺丝时相对湿度成功制得了聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜；添加量一定量的纳米填料，增强了纺丝液的导电性；纺丝液中聚酰胺酰亚胺的含量较低时，纺丝液导电性较低静电纺丝后的纳米纤维膜仅为液滴状而难以应用，纺丝液中聚酰胺酰亚胺的含量较高时，纺丝液又极其容易在静电纺丝线上固化而使得静电纺丝无法进行，因此本专利技术控制纺丝液中聚酰胺酰亚胺的含量为15～35wt％；此外，本专利技术调整了相对湿度为30％～50％以防止纺丝液固化。
[0013]作为优选的技术方案：
[0014]如上所述的方法，聚酰胺酰亚胺的重均分子量为50000～80000g/mol，溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种以上。
[0015]如上所述的方法，静电纺丝的工艺参数还包括：温度10～30℃，电压30～80kv(优选为70～80kv)，接收距离10～30cm。
[0016]本专利技术还提供一种聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材，由纤维/树脂复合材料以及插入其中的增韧层组成，增韧层为如上所述的一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜。
[0017]作为优选的技术方案：
[0018]如上所述的一种聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材，纤维/树脂复合材料中的纤维为碳纤维或玻璃纤维，树脂为环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺和氰酸酯树脂中的一种以上。
[0019]如上所述的一种聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材，聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材中碳纤维的质量分数≥50％，1mm厚度中增韧层的数量为1～20。
[0020]如上所述的一种聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材，聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材的冲击后压缩强度为260～360MPa。
[0021]本专利技术还提供制备如上任一项所述的一种聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材的方法，以纤维增强树脂预浸料或纤维织物为接收基材，将含聚酰胺酰亚胺、纳米填料和溶剂的纺丝液进行静电纺丝，得到双层复合材料，将双层复合材料依次按所需尺寸裁剪、沿同一方向叠加铺层(例如都是以聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜在上的状态叠加)、按树脂基复合材料成型工艺固化，即得聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材。
[0022]有益效果
[0023](1)本专利技术的一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的制备方法简单；
[0024](2)本专利技术的一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的孔隙率高，厚度均匀；
[0025](3)本专利技术的一种聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材的制备方法简单；
[0026](4)本专利技术的一种聚酰胺酰亚胺增韧复合材料板材的强度和韧性高，且能适应高温下的工作环境。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜，其特征在于，由纳米纤维构成，纳米纤维由聚酰胺酰亚胺本体以及分散在其中的含量为0.1～1.5wt％的纳米填料组成，纳米填料为碳纳米管和石墨烯中的一种以上。2.根据权利要求1所述的一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜，其特征在于，纳米纤维的直径为10～800nm；聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的厚度为0.01～0.1mm，断裂伸长率为10％～40％，拉伸强度为10～25MPa，孔隙率为70％～90％，失重5wt％的温度为380～480℃。3.制备如权利要求1或2所述的一种聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的方法，其特征在于，将含聚酰胺酰亚胺、纳米填料和溶剂的纺丝液进行静电纺丝，即得聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜；纺丝液中聚酰胺酰亚胺的含量为15～35wt％，静电纺丝时相对湿度为30％～50％。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，聚酰胺酰亚胺的重均分子量为50000～80000g/mol，溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种以上。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，静电纺丝的工艺参数还包括：温度10～30℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞鸣明，谢旺，巫立惠，方琳，任慕苏，孙晋良，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：