[发明专利]一种制备碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的方法

说明书

本发明是一种制备碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的方法，该方法从碳纤维表面处理的角度实现碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的玻璃化转变温度的提升，其包括碳纤维表面活化处理、碳纤维浸渍热固性聚酰亚胺类溶液以及上浆碳纤维与热固性聚酰亚胺树脂基体复合成型等步骤。本发明所公开的方法可明显提高碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的玻璃化转变温度，从而提升碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的使用温度。相比于普通碳纤维增强聚酰亚胺复合材料，采用本发明所述制备方法得到的碳纤维增强聚酰亚胺复合材料玻璃化转变温度可提高20℃左右。本发明所公开的技术可应用于航空发动机、航空、航天、兵器和船舶等领域。

技术领域

本发明是一种制备碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

碳纤维增强聚酰亚胺复合材料是以碳纤维为增强体、以聚酰亚胺为基体的树脂基复合材料，其耐热性优异，是航空发动机等高技术领域的理想耐高温材料。玻璃化转变温度是复合材料使用温度的关键性指标，其主要由树脂基体决定。因而，提升聚酰亚胺树脂基体的玻璃化转变温度，是目前提高碳纤维增强聚酰亚胺复合材料使用温度的主要方法。

碳纤维在复合材料中主要起力学性能增强作用。为了实现纤维集束和保护，碳纤维表面含有上浆剂。商业化普通碳纤维普遍采用中低温高分子材料(如环氧上浆剂)上浆，尽管上浆材料玻璃化转变温度较低(通常低于200℃)，但由于其含量通常在2％以下，按照共混规则分析，一般认为其不会对聚酰亚胺复合材料的玻璃化转变温度带来显著影响。这也使得本领域技术人员，未对从碳纤维角度提高聚酰亚胺复合材料玻璃化转变温度给予充分关注。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种制备碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的方法，其目的是从碳纤维表面处理角度来实现聚酰亚胺复合材料玻璃化转变温度的提升。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种制备碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的方法中对碳纤维的上浆处理按以下步骤完成：

步骤一、采用等离子体处理、酸性溶液处理或电化学处理对碳纤维表面进行活化处理；

步骤二、将表面活化处理后的碳纤维浸于浸渍热固性聚酰亚胺溶液或热固性聚酰亚胺前驱体溶液中，进行热处理，得到上浆碳纤维；

所述热固性聚酰亚胺溶液由热固性聚酰亚胺和溶剂Ⅰ组成，其中热固性聚酰亚胺分子链末端含有乙炔基、苯乙炔基或降冰片烯基；

所述热固性聚酰亚胺前驱体溶液由热固性聚酰亚胺前驱体和溶剂Ⅱ组成，其中热固性聚酰亚胺前驱体分子链末端含有乙炔基、苯乙炔基或降冰片烯基；

步骤三、采用复合材料成型工艺，将热固性聚酰亚胺树脂基体与上浆碳纤维成型碳纤维增强聚酰亚胺复合材料；

所述热固性聚酰亚胺树脂分子链末端含有乙炔基、苯乙炔基或降冰片烯。

在一种实施中，步骤二中所述的溶剂Ⅰ为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种的混合物。

在一种实施中，步骤二中所述的热固性聚酰亚胺占热固性聚酰亚胺溶液的质量分数为0.1％～3.0％。

进一步，步骤二中热固性聚酰亚胺溶液中的热固性聚酰亚胺和溶剂Ⅰ的配比为：苯乙炔封端聚酰亚胺/N-甲基吡咯烷酮，其中，苯乙炔封端聚酰亚胺占热固性聚酰亚胺溶液的质量分数为0.1％。

在一种实施中，步骤二中所述的热固性聚酰亚胺前驱体为聚酰胺酸或聚羧酸胺盐酯。

在一种实施中，步骤二中所述的溶剂Ⅱ为乙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、去离子水/三乙胺混合溶液或去离子水/二甲基乙醇胺中的一种或几种的混合物。