[发明专利]一种增强聚酰亚胺复合材料的制备方法

说明书

一种增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳纳米管加入至溶剂中，在超声破碎机中超声1‑4h，加入二元胺，搅拌至完全溶解；在0℃下，加入二元酐，二元胺与二元酐的物质的量比为（1‑1.03）：1，原位聚合反应2‑10 h，得到碳纳米管/聚酰胺酸溶液；向其中加入共沸脱水剂和催化剂，搅拌均匀后加热升温至100‑160℃，回流共沸脱水1‑6h，冷却、抽滤、干燥，得到部分环化的聚酰亚胺粉，洗涤2‑3次，干燥，在160‑400℃下继续环化2‑6 h，得到增强聚酰亚胺复合模塑粉；称取一定量的增强聚酰亚胺复合模塑粉，通过模压成型工艺，得到增强聚酰亚胺复合材料。本发明方法制备的增强聚酰亚胺的拉伸强度和断裂伸长率分别达到126.3MPa和6%，玻璃化转变温度达350℃。

技术领域

本发明涉及一种增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，属于聚合物基复合材料技术领域。

背景技术

聚酰亚胺(polyimides，PI)是以酰胺环为特征结构的杂环高分子绝缘材料，具有良好的机械性能、耐热性和耐腐蚀性的特种工程材料。聚酰亚胺没有明显熔点，热膨胀系数小，在温度-200-400℃范围内电气性能、力学性能、耐热性能和耐辐射性能优异，综合性能良好，广泛应用于航天、电子、液晶、医疗器械等领域。

碳纳米管具有管径小、长径比大、低密度、超高的模量、强度等特点和性能，成为聚酰亚胺改性的首选一维纳米材料，为进一步提高聚酰亚胺的机械和热性能，碳纳米管增强聚酰亚胺材料的制备成为研究热点。然而，碳纳米管长径比大和具有很强的纳米效应，极易团聚和缠绕，在树脂中分散困难，制约了复合材料的发展。因此，解决碳纳米管在聚酰亚胺中的分散是当前碳纳米管增强聚酰亚胺复合材料研究中最核心的问题。公开专利CN109929129 A公开了一种羧基化碳纳米管/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法，其复合薄膜具有较高的导热性能。公开专利CN 107857997 A一种碳纳米管复合聚酰亚胺薄膜及其制备方法，力学性能优异，断裂伸长率大于40％，薄膜厚度只有8-12μm，常温拉伸强度大于180MPa，线性热膨胀系数为20-36ppm/℃，且不起皱，平整度高。目前报道的碳纳米管改性聚酰亚胺多为复合薄膜，然而聚酰亚胺复合材料粉末报道较少。

发明内容

本发明为克服现有技术弊端，提供一种增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，采用超声原位聚合法，通过碳纳米管改性增强聚酰亚胺得到增强聚酰亚胺复合模塑粉，其拉伸强度和断裂伸长率分别达到126.3MPa和6%，玻璃化转变温度达350℃，大大提高了聚酰亚胺材料的机械强度和使用温度，可在高温环境下长期使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，采用超声原位聚合法，通过碳纳米管改性聚酰亚胺制备增强聚酰亚胺复合材料，所述制备方法包括如下步骤：

a、将碳纳米管加入至溶剂中，在超声破碎机中超声1-4h，然后加入二元胺，搅拌至完全溶解；

b、在0℃下，向步骤a的混合溶液中加入二元酐，二元胺与二元酐的物质的量比为（1-1.03）：1，进行原位聚合反应2-10 h，得到粘稠的黑色碳纳米管/聚酰胺酸溶液；

c、向制备的碳纳米管/聚酰胺酸溶液中加入共沸脱水剂和催化剂，搅拌均匀后加热升温至100-160℃，回流共沸脱水进行热亚胺化和化学亚胺化1-6h，冷却、抽滤、干燥，得到部分环化的聚酰亚胺粉，洗涤2-3次，干燥，在160-400℃下继续环化2-6 h，得到增强聚酰亚胺复合模塑粉；

d、称取一定量的增强聚酰亚胺复合模塑粉，通过模压成型工艺，得到增强聚酰亚胺复合材料。

上述增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，所述步骤c中的共沸脱水剂为苯、甲苯、对二甲苯、二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、邻二氯苯的一种或多种，所述共沸脱水剂与溶剂的质量比为（0.1-2）:1。