專利名稱：含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮(砜)樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種先進復(fù)合材料的制備方法，尤其是一種通過納米復(fù)合技術(shù)制備可溶性聚芳醚酮或聚芳醚砜等熱塑性樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料在航空航天、汽車及其他領(lǐng)域應(yīng)用的不斷發(fā)展，熱塑性樹脂基復(fù)合材料逐漸被認(rèn)識，與熱固性樹脂基復(fù)合材料相比，熱塑性樹脂基復(fù)合材料具有韌性好、預(yù)浸料存放期長、成型周期短、易于修補等優(yōu)點。 為克服聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等通用熱塑性樹脂熱變形溫度低、剛性差的不足，英美等國相繼開發(fā)了耐熱和超耐熱的樹脂基體，即將苯環(huán)等剛性基團引入分子結(jié)構(gòu)中，稱為高性能熱塑性樹脂。其中，聚芳醚類高性能樹脂基體由于具有優(yōu)異的耐熱性能、加工性能，在各類熱塑性樹脂中性能突出，得到了較快發(fā)展。含有酚酞側(cè)基的聚芳醚酮(PEK-C)或聚芳醚砜(PES-C)是我國首先合成并投入生產(chǎn)的新型工程塑料，綜合性能優(yōu)良，其纖維增強復(fù)合材料也因此具備了廣泛的應(yīng)用前景。鑒于納米粒子本身的獨特效應(yīng)，利用無機納米組分對樹脂改性已被證明是一種十分有效的方法。這其中，聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料由于真正實現(xiàn)了無機相在聚合物基體中的納米級均勻分散、有機與無機相界面強的結(jié)合，因而在添加量很少的情況下，即可明顯提高聚合物基體的強度、韌性等力學(xué)性能，同時改性后的聚合物表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、阻隔性和阻燃性等。正因為如此，將層狀硅酸鹽改性的樹脂基體和纖維復(fù)合，以發(fā)揮納米級無機片層和微米級纖維的協(xié)同作用，結(jié)合纖維復(fù)合材料和納米復(fù)合材料的優(yōu)勢，可進一步提高復(fù)合材料的性能。目前，國內(nèi)外主要是利用層狀硅酸鹽對聚乙烯、聚丙烯、熱苯乙烯、聚酯等通用熱塑性樹脂基體進行改性研究，制備納米復(fù)合材料，只單純地研究層狀硅酸鹽的改性作用，而沒有使用纖維增強體，因此沒有形成混雜多尺度復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了進一步提高連續(xù)纖維或纖維織物增強PEK-C或PES-C樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐熱性能，而提供的一種層狀硅酸鹽和纖維共同增強的混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其步驟為一、將聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂配置成樹脂溶液；二、加入有機改性的層狀硅酸鹽黏土礦物，在機械攪拌和超聲分散的共同作用下進行插層處理，使層狀硅酸鹽剝離成納米級的無機片層；三、使連續(xù)纖維或纖維織物經(jīng)該樹脂溶液充分浸潰后，利用烘干設(shè)備加熱除去溶劑得到預(yù)浸料；四、將該預(yù)浸料裁切后放入模具中，在一定溫度和壓力下成型，制備成混雜多尺度復(fù)合材料。所述的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂包括含有酚酞側(cè)基的聚芳醚酮(PEK-C)或含有酚酞側(cè)基的聚芳醚砜(PES-C)。第一步中，配置樹脂溶液所用的溶劑是N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N_甲基吡咯烷酮(NMP)、氯仿(CHCl3)或二氯甲烷(CH2Cl2)等。
第一步中，所述的樹脂溶液是指將PEK-C或PES-C樹脂溶解于上述溶劑中，制成質(zhì)量百分比濃度為10-30%的樹脂溶液。第二步中，所述的有機改性的層狀硅酸鹽黏土礦物是指經(jīng)有機化改性的蒙脫土、聞嶺土、累托石或海泡石等。第三步中，所述的連續(xù)纖維是指玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維或PBO纖維，纖維織物是上述纖維編織而成的平紋布或斜紋布等。第四步中，所述的成型是指模壓成型或熱壓罐成型等方法。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是在連續(xù)纖維或纖維織物增強PEK-C、PES-C復(fù)合材料體系中，通過引入納米層狀硅酸鹽后，可使纖維復(fù)合材料的彎曲強度、層間剪切強度和沖擊強度分別提高20-60%，熱分解溫度提高5-20°C，從而得到在高溫下可長期使用，具有優(yōu)異力學(xué)性能的強韌性復(fù)合材料，進一步擴大其應(yīng)用領(lǐng)域。
具體實施例方式實施例I以N，N- 二甲基乙酰胺為溶劑，配制成質(zhì)量百分比濃度為10-30%的PEK-C樹脂溶液，然后將有機改性的蒙脫土加入，有機蒙脫土的用量為樹脂所用質(zhì)量的1_5%，機械攪拌Ih后，再進行0. 5-2h的超聲分散處理，超聲處理的功率為100-1000W，頻率為20-45HZ。改性的樹脂溶液配置完畢后，使連續(xù)玻璃纖維或其織物通過該樹脂溶液，經(jīng)充分浸潰后在80-170°C的溫度下除去溶劑得到預(yù)浸料，最后將該預(yù)浸料按模具尺寸裁切后放入模具中，通過模壓成型工藝制備混雜多尺度復(fù)合材料，模壓成型的溫度為310-360°C，壓強為0. 5-10MPa。所得混雜多尺度復(fù)合材料的彎曲強度和層間剪切強度分別為1811MPa和87. 5MPa，相比玻璃纖維/PEK-C復(fù)合材料的彎曲強度和層間剪切強度沖擊強度分別提高27. I %和34. 2% ;熱分解溫度為459°C，比玻璃纖維/PEK-C復(fù)合材料提高8°C。實施例2本實施例與實施例I的不同點是所用樹脂為PES-C。所得混雜多尺度復(fù)合材料的彎曲強度和層間剪切強度沖分別為1781MPa和81. 5MPa，相比玻璃纖維/PES-C復(fù)合材料的彎曲強度和層間剪切強度分別提高31. 3%和33. 2%;熱分解溫度為477°C，比玻璃纖維/PES-C復(fù)合材料提高12°C。實施例3本實施例與實施例I的不同點是所用溶劑為N-甲基吡咯烷酮。實施例4本實施例與實施例I的不同點是所用溶劑為氯仿。實施例5本實施例與實施例I的不同點是所用溶劑為二氯甲烷。實施例6本實施例與實施例I的不同點是所用層狀硅酸鹽礦物為有機化高嶺土。 實施例7本實施例與實施例I的不同點是所用層狀硅酸鹽礦物為有機化累托石。實施例8
本實施例與實施例I的不同點是所用層狀硅酸鹽礦物為有機化海泡石。實施例9本實施例與實施例I的不同點是所用纖維為碳纖維。實施例10本實施例與實施例I的不同點是所用纖維為芳綸纖維。
實施例11本實施例與實施例I的不同點是所用纖維為PBO纖維。實施例12本實施例與實施例I的不同點是所用成型方法為熱壓罐工藝，成型溫度為310-360°C，壓強為 0. 5-1OMPao
權(quán)利要求
1.含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其步驟為一、將聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂配置成樹脂溶液；二、加入有機改性的層狀硅酸鹽黏土礦物，在機械攪拌和超聲分散的共同作用下進行插層處理，使層狀硅酸鹽剝離成納米級的無機片層；三、使連續(xù)纖維或纖維織物經(jīng)該樹脂溶液充分浸潰后，利用烘干設(shè)備加熱除去溶劑得到預(yù)浸料；四、將該預(yù)浸料裁切后放入模具中，進行成型處理，制備成混雜多尺度復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂包括含有酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或含有酚酞側(cè)基的聚芳醚砜。
3.如權(quán)利要求I所述的含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其特征在于第一步中，配置樹脂溶液所用的溶劑是N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿或二氯甲烷。
4.如權(quán)利要求I所述的含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其特征在于第一步中，所述的樹脂溶液是指將聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂溶解于上述溶劑中，制成質(zhì)量百分比濃度為10-30%的樹脂溶液。
5.如權(quán)利要求I所述的含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其特征在于第二步中，所述的有機改性的層狀硅酸鹽黏土礦物是指經(jīng)有機化改性的蒙脫土、高嶺土、累托石或海泡石。
6.如權(quán)利要求I所述的含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其特征在于第三步中，所述的連續(xù)纖維是指玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維或PBO纖維，纖維織物是上述纖維編織而成的平紋布或斜紋布。
7.如權(quán)利要求I所述的含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其特征在于第四步中，所述的成型是指模壓成型或熱壓罐成型。
8.如權(quán)利要求I所述的含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其特征在于以N，N- 二甲基乙酰胺為溶劑，配制成質(zhì)量百分比濃度為10-30 %的PEK-C樹脂溶液，然后將有機改性的蒙脫土加入，有機蒙脫土的用量為樹脂所用質(zhì)量的1_5%，機械攪拌Ih后，再進行0. 5-2h的超聲分散處理，超聲處理的功率為100-1000W,頻率為20-45HZ ;改性的樹脂溶液配置完畢后，使連續(xù)玻璃纖維或其織物通過該樹脂溶液，經(jīng)充分浸潰后在80-170°C的溫度下除去溶劑得到預(yù)浸料，最后將該預(yù)浸料按模具尺寸裁切后放入模具中，通過模壓成型工藝制備混雜多尺度復(fù)合材料，模壓成型的溫度為 310-360°C，壓強為 0. 5-1OMPao
全文摘要
含酚酞側(cè)基的聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法，其步驟為一、將聚芳醚酮或聚芳醚砜樹脂配置成樹脂溶液；二、加入有機改性的層狀硅酸鹽黏土礦物，在機械攪拌和超聲分散的共同作用下進行插層處理，使層狀硅酸鹽剝離成納米級的無機片層；三、使連續(xù)纖維或纖維織物經(jīng)該樹脂溶液充分浸漬后，利用烘干設(shè)備加熱除去溶劑得到預(yù)浸料；四、將該預(yù)浸料裁切后放入模具中，在一定溫度和壓力下成型，制備成混雜多尺度復(fù)合材料。本發(fā)明通過引入納米層狀硅酸鹽后，可使纖維復(fù)合材料的彎曲強度、層間剪切強度和沖擊強度分別提高20-60％，熱分解溫度提高5-20℃，從而得到在高溫下可長期使用，具有優(yōu)異力學(xué)性能的強韌性復(fù)合材料，進一步擴大其應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號C08K7/14GK102618014SQ20121010050
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者盧少微, 姚樹勇, 李偉, 王柏臣, 陳平, 馬克明 申請人:沈陽航空航天大學(xué)