[发明专利]短切纤维增强苯乙炔基封端聚酰亚胺复合材料的制备方法

说明书

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种短切纤维增强苯乙炔基封端聚酰亚胺复合材料的制备方法。短切纤维增强苯乙炔基封端聚酰亚胺复合材料由苯乙炔基封端聚酰亚胺树脂、短切纤维、自润滑添加剂组成。本发明采用苯乙炔基封端的热固性聚酰亚胺作为基体树脂，短切纤维作为增强材料，将热固性聚酰亚胺树脂前体溶液与短切纤维、自润滑添加剂利用机械搅拌方式混合，将获得的混合物进行亚胺化预处理获得粗模塑料，进一步采用球磨方法对其进行粉碎可获得粒径均一的模塑料，模塑料采用模压工艺压制成短切纤维增强聚酰亚胺复合材料板材，板材再经机械加工即可获得满足应用需求的复合材料制件。

技术领域

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种短切纤维增强苯乙炔基封端聚酰亚胺复合材料的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺树脂及其复合材料具有优异的耐热、耐磨损、耐溶剂、耐腐蚀等性能，聚酰亚胺的摩擦性能在所有有机聚合物中仅次于聚四氟乙烯，具有良好的自润滑性能，因此聚酰亚胺作为自润滑材料在减磨领域的应用不断扩展。聚酰亚胺基自润滑复合材料与传统摩擦材料相比，具有耐腐蚀、耐冲击、抗疲劳及方便维护等优势。由于聚酰亚胺优异的热稳定性及机械强度，使其拓展了聚合物基自润滑复合材料在高温等苛刻环境下应用范围。加之聚酰亚胺自润滑材料密度低，具有明显的减重效果。因此在对高性能材料具有质轻、高强以及功能性要求的领域，如航空、航天领域，聚酰亚胺自润滑复合材料具有显著的优势地位。航空发动机由于服役环境苛刻，衬套、密封环、轴承、衬垫等部位要求所选材料具有耐高温(260℃～400℃)、自润滑、耐磨损、耐腐蚀及长使用寿命等性能，是保证发动机稳定工作的关键，其中以线性聚酰亚胺制备的自润滑材料是在航空发动机这类结构上应用最早的高性能工程塑料。

经过多年研究和发展，已经形成了多种类型的自润滑聚酰亚胺复合材料，包括石墨填充型、编织纤维增强型、短切纤维增强型等，石墨填充线性聚酰亚胺复合材料是最早开发的自润滑材料体系，始于上世纪60年代末，以耐热性能最优异的均苯结构线性聚酰亚胺为树脂基体，并以石墨作为自润滑功能填料，具有优异的耐热、润滑、耐磨等性能，但其尺寸稳定性差、成本高、工艺复杂等缺点难以解决，限制了其广泛应用；编织纤维增强热塑或热固性聚酰亚胺复合材料具有优异的尺寸稳定性及较长的使用寿命，但是由于工艺复杂不易实现连续化生产，生产成本相对较高；短切纤维增强聚酰亚胺复合材料衬套易于实现连续化生产，具有更好成型工艺性能，制造成本相对较低，目前发展的短切纤维增强型聚酰亚胺复合材料主要是以第一代降冰片烯封端的热固性聚酰亚胺作为树脂基体，耐热性能相对不足，一般不高于316℃，主要采用的制备方法是：将纤维丝束先浸渍树脂，再分切成短切纤维预浸料，再经模压成型、加工获得复合材料及其制件。

发明内容

本发明的目的是：提出一种短切纤维增强苯乙炔基封端聚酰亚胺复合材料，在满足发动机减磨、自润滑、耐温要求的同时，能够降低结构重量，实现发动机减重的目的。

本发明的技术方案是：所述的短切纤维增强苯乙炔基封端聚酰亚胺复合材料按照以下方法制备：

所述的短切纤维增强苯乙炔基封端聚酰亚胺复合材料由苯乙炔基封端聚酰亚胺树脂、短切纤维、自润滑添加剂组成，各组分按照重量组份分别为：苯乙炔基封端聚酰亚胺树脂为30-80份，短切纤维为20-70份，自润滑添加剂为0-20份。

所述的苯乙炔基封端聚酰亚胺树脂具有如下化学结构：

其中n＝1-5。

所述的短切纤维增强苯乙炔基封端聚酰亚胺复合材料按照以下方法制备：

(1)将(n+1)份二胺单体溶于有机溶剂获得浓度为10％-60％wt的二胺溶液，然后将2份苯乙炔基封端剂和n份二酐单体溶于有机溶剂并混合均匀后倒入上述二胺溶液，即控制各组分摩尔比为二胺：二酐：封端剂＝(n+1)：n：2，其中n＝1-5，然后在0℃-120℃下进行聚合反应，获得浓度为10％-60％wt的苯乙炔基封端聚酰亚胺树脂前体溶液。