[发明专利]一种综合性能优异的热塑性聚酰亚胺及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种综合性能优异的热塑性聚酰亚胺及其制备方法与应用，属于聚酰亚胺技术领域，解决了现有的热塑性聚酰亚胺良好的熔融工艺性与高耐热性难以兼得的问题。热塑性聚酰亚胺的制备原料包括含氟芳香二酐、间苯二胺、具有大体积结构的刚性芳香二胺以及非反应性封端剂。制备方法包括制备聚酰胺酸溶液→制备聚酰亚胺溶液→制备聚酰亚胺悬浊液→后处理得到聚酰亚胺粉末。本发明的热塑性聚酰亚胺树脂可作为耐高温工程塑料、复合材料基体树脂或复合材料层间增韧组分，应用于航空航天、汽车制造、电力电器以及微电子等领域。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺技术领域，尤其涉及一种综合性能优异的热塑性聚酰亚胺及其制备方法与应用，更具体地涉及兼具良好的熔融工艺性能、突出耐热性和优异力学性能的热塑性聚酰亚胺及其制备方法与应用。

背景技术

热塑性聚酰亚胺(TPI)由于具有突出的力学性能、良好的耐热性能、高尺寸稳定性以及高抗蠕变性能，因此广泛地应用于航空航天、汽车制造、电力电器以及微电子等高新技术领域。目前商业上广泛应用的热塑性聚酰亚胺虽具有优异的熔融加工性能，但因其主链结构中普遍存在醚键或脂肪链段等柔性结构而表现出较低的玻璃化转变温度(T_g)，难以满足材料在250℃以上高温下长期使用的要求，严重制约了热塑性聚酰亚胺树脂的应用潜力。

现有技术中有通过在聚醚酰亚胺中引入刚性芳杂环结构制备了T_g在290-330℃的热塑性聚酰亚胺，但刚性结构引入使得树脂熔融成型工艺性变差，树脂需在高温高压下长时模压成型。也有通过将具有对称结构的单体4,4'-氧双邻苯二甲酸酐与4,4'-二氨基二苯醚均聚制备了兼具良好耐热性与力学性能的热塑性聚酰亚胺树脂，但是聚酰亚胺分子链间强相互作用以及高堆积密度导致树脂成型困难，树脂成型压力高达35-85MPa。上述以牺牲热塑性聚酰亚胺成型工艺性为前提来改善其耐热性技术方案难以实现热塑性聚酰亚胺树脂成型工艺性与耐热性的兼容。

此外，在高性能工程塑料及复合材料应用领域，通常需要将树脂制备成粉末状以便于成型加工或与其它材料进行复合。目前常用的热塑性聚酰亚胺粉末制备方法主要有沉析-粉碎法以及高压雾化析出法等。但制备得到的树脂粉末形状与大小均一性较差，或者需要特定的机械设备且会产生大量废液。因此上述技术手段难以简单高效地制备出高质量的热塑性聚酰亚胺粉末。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种综合性能优异的热塑性聚酰亚胺及其制备方法与应用，用以解决现有的热塑性聚酰亚胺良好的熔融工艺性与突出的耐热性难以兼得的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种兼具良好的熔融工艺性能和突出的耐热性的热塑性聚酰亚胺，制备原料包括含氟芳香二酐、第一芳香二胺、第二芳香二胺以及封端剂，所述聚酰亚胺具有下述的通式I：

其中，所述第二芳香二胺包括具有大体积结构的刚性芳香二胺，R为选自下述具有大体积结构的刚性芳香二胺中的至少一种：

可选地，所述含氟芳香二酐为4,4'-(六氟亚异丙基)双邻苯二甲酸酐(6FDA)，所述第一芳香二胺为间苯二胺(m-PDA)，所述第二芳香二胺包括2,5-二氨基三氟甲苯(25DBTF)、3,5-二氨基三氟甲苯(35DBTF)、4,4'-二氨基-2,2'-双三氟甲基联苯(TFDB)、4,4'-二氨基-2,2'-二氯联苯(DCBZ)、9,9-双(4-氨基苯基)芴(BAFL)、9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴(FFDA)、9,9-双(4-氨基-3-氯苯基)芴(BACFL)、α,α-双(4-氨基-3,5-二甲基苯基)-1-苯甲烷(BAPM)、α,α-双(4-氨基-3,5-二甲基苯基)-1-(4'-氟苯基)甲烷(BAFM)和α,α-双(4-氨基-3,5-二甲基苯基)-1-(3',4',5'-三氟苯基)甲烷(BATFM)中的至少一种，所述封端剂为非反应性封端剂，优选为邻苯二甲酸酐(PA)。