本發(fā)明涉及聚酰亞胺樹(shù)脂復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)（-co-nh-co-）的一類(lèi)聚合物，其中以含有酞酰亞胺結(jié)構(gòu)的聚合物最為重要。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域。聚酰亞胺綜合性能最佳的有機(jī)高分子材料之一，與諸多樹(shù)脂材料相比，聚酰亞胺具有阻燃性好，機(jī)械性能高，使用溫度范圍大，耐高溫性好的優(yōu)點(diǎn)；但聚酰亞胺樹(shù)脂材料同樣存在耐磨性差的缺陷，同時(shí)，其機(jī)械性能也需進(jìn)一步提高，因此，聚酰亞胺樹(shù)脂材料同樣需要進(jìn)行增韌、增加抗沖擊強(qiáng)度等增強(qiáng)復(fù)合改性處理，擴(kuò)大其使用范圍?，F(xiàn)今對(duì)聚酰亞胺樹(shù)脂材料的纖維增強(qiáng)改性主要采用玻璃纖維材料和碳纖維材料進(jìn)行改性處理，改性效果顯著，但玻璃纖維和碳纖維生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染大，嚴(yán)重限制了復(fù)合聚酰亞胺樹(shù)脂材料的應(yīng)用。玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來(lái)我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大高性能纖維之一，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過(guò)紡絲工藝制備而成的。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能，而且，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對(duì)環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無(wú)任何危害，因而是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料。因此，采用無(wú)毒、無(wú)污染、來(lái)源廣泛、性能優(yōu)異、穩(wěn)定好的玄武巖纖維材料來(lái)替代玻璃纖維和碳纖維對(duì)聚酰亞胺樹(shù)脂材料進(jìn)行增強(qiáng)，從而得到的聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料是聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料發(fā)展的新方向。但由于玄武巖纖維為無(wú)機(jī)材料，而聚酰亞胺樹(shù)脂為高分子有機(jī)材料，兩者相容性極差，且玄武巖纖維自身結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，纖維表面光滑、表面活性位點(diǎn)少，造成玄武巖纖維在改性過(guò)程中更難以與聚酰亞胺樹(shù)脂材料進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，即玄武巖纖維在聚酰亞胺樹(shù)脂材料中是獨(dú)立存在，對(duì)聚酰亞胺樹(shù)脂材料增強(qiáng)效果不佳，聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的性能較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料性能增強(qiáng)效果不顯著的缺陷，提供一種聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法；本發(fā)明方法通過(guò)對(duì)含有磷酸鋇的玄武巖纖維進(jìn)行改性處理，最后在偶聯(lián)劑的作用下與聚酰亞胺樹(shù)脂進(jìn)行偶聯(lián)、復(fù)合，從而得到玄武巖纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂材料相容性更好的聚酰亞胺樹(shù)脂復(fù)合材料，玄武巖纖維對(duì)聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)作用更好，使該復(fù)合材料性能更優(yōu)異，有利于聚酰亞胺樹(shù)脂復(fù)合材料在各個(gè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）改性處理：將玄武巖纖維置入改性劑a中，再加入改性劑b，反應(yīng)完全后，取出玄武巖纖維，真空或惰性氣體保護(hù)下加熱煅燒處理得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂材料、偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。上述一種聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中所述的包括玄武巖短纖維、玄武巖長(zhǎng)纖維、連續(xù)玄武巖纖維、玄武巖纖維棉中的一種或多種。所述的玄武巖纖維中含有磷酸鋇；磷酸鋇中含有磷酸根，磷酸根與有機(jī)基團(tuán)的鍵接能力強(qiáng)，能降低玄武巖纖維與有機(jī)材料的極性，增加與有機(jī)材料的相容性；優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維含有質(zhì)量百分比0.1-2.0%的磷酸鋇；最優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維含有質(zhì)量百分比0.3-0.8%的磷酸鋇。所述的改性劑a為對(duì)苯二胺溶液；所述對(duì)苯二胺溶液中的溶劑為二甲基甲酞胺、二甲基乙酰胺、n一甲基毗咯烷酮、毗咤、二甲基亞砜中的一種或多種。所述的改性劑b為均苯四甲酸二酐。所述的對(duì)苯二胺與均苯四甲酸二酐的總物質(zhì)的量之比為2-4︰1；優(yōu)選的，所述的對(duì)苯二胺與均苯四甲酸二酐的總物質(zhì)的量之比為3︰1。所述的玄武巖纖維在改性劑a與改性劑b中的反應(yīng)時(shí)間為20-40min，反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，反應(yīng)不完全，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反應(yīng)過(guò)度，副反應(yīng)增加。所述的惰性氣體為氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣中的一種或多種。所述煅燒處理的溫度為150-350℃，反應(yīng)時(shí)間為30-60min，溫度過(guò)高，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，縮聚反應(yīng)過(guò)度，聚合物分子量過(guò)大，不利于對(duì)玄武巖纖維的改性處理；最優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)的溫度為200-300℃，反應(yīng)時(shí)間為40min，反應(yīng)效果好，能源消耗低，時(shí)間短。上述一種聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其中步驟2中所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。所述改性玄武巖纖維的用量可根據(jù)聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料在不同應(yīng)用領(lǐng)域中要求進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的，所述改性玄武巖纖維用量是聚酰亞胺樹(shù)脂材料的1-20%。所述聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法步驟2中，還可以添加助劑；所述助劑包括分散劑、抗菌劑、抗靜電劑、阻燃劑、抗老化劑、抗紫外線劑中的一種或多種；所述助劑的種類(lèi)可根據(jù)聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料在不同應(yīng)用領(lǐng)域中要求進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整添加。所述的復(fù)合處理是指通過(guò)工藝手段將預(yù)處理玄武巖纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂材料進(jìn)行化學(xué)鍵合，使玄武巖纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂材料形成統(tǒng)一的整體的方法。一種聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明制備方法先利用縮聚反應(yīng)在玄武巖纖維表面形成聚酞胺酸，并使其與玄武巖纖維表面的磷酸鋇鍵接，再通過(guò)高溫?zé)崽幚硎咕厶匪崦撍纬删埘啺罚瑥亩€(wěn)定的包覆在玄武巖纖維表面，顯著增加玄武巖纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂的相容性；最后通過(guò)復(fù)合處理，使玄武巖纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)合增強(qiáng)得到性能更加優(yōu)異的聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、方便，適合聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料；所述聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料是通過(guò)上述制備方法制備得到的，上述制備方法得到的復(fù)合材料中聚酰亞胺樹(shù)脂與玄武巖纖維之間鍵接力強(qiáng)，不易產(chǎn)生相分離，相容性好，玄武纖維對(duì)聚酰亞胺樹(shù)脂的增強(qiáng)作用顯著增加，復(fù)合材料的性能也顯著提高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明制備方法通過(guò)對(duì)玄武巖纖維的改性處理，能顯著增加玄武巖纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂的相容性，使玄武巖纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)合增強(qiáng)得到性能更加優(yōu)異的聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。2、本發(fā)明制備方法制備得到的復(fù)合材料性能優(yōu)異，方法簡(jiǎn)單、方便，適合聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。3、本發(fā)明復(fù)合材料中聚酰亞胺樹(shù)脂與玄武巖纖維之間鍵接力強(qiáng)，不易產(chǎn)生相分離，相容性好，玄武纖維對(duì)聚酰亞胺樹(shù)脂的增強(qiáng)作用顯著增加，復(fù)合材料的性能也顯著提高。具體實(shí)施方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1（1）改性處理：將含有質(zhì)量百分比0.8%磷酸鋇的玄武巖纖維置入對(duì)苯二胺的二甲基甲酞胺溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)30min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至200℃，煅燒處理40min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹(shù)脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。實(shí)施例2（1）改性處理：將含有質(zhì)量百分比2%磷酸鋇的玄武巖纖維置入對(duì)苯二胺的二甲基乙酰胺溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)20min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至300℃，煅燒處理30min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹(shù)脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。實(shí)施例3（1）改性處理：將含有質(zhì)量百分比0.1%磷酸鋇的玄武巖纖維置入對(duì)苯二胺的二甲基亞砜溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)40min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至150℃，煅燒處理60min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹(shù)脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。實(shí)施例4（1）改性處理：將含有質(zhì)量百分比0.3%磷酸鋇的玄武巖纖維置入對(duì)苯二胺的毗咤溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)30min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至350℃，煅燒處理30min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹(shù)脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。對(duì)比例1（1）改性處理：將常規(guī)玄武巖纖維置入對(duì)苯二胺的二甲基甲酞胺溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)30min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至200℃，煅燒處理40min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹(shù)脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。對(duì)比例2將5重量份的含有質(zhì)量百分比1.0%磷酸鋇的玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹(shù)脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。對(duì)比例3將5重量份的常規(guī)玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹(shù)脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料。將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中所制備得到的聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：（聚酰亞胺樹(shù)脂：拉伸強(qiáng)度116mpa，沖擊強(qiáng)度31kj/m2，斷裂伸長(zhǎng)率136%）編號(hào)聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度（kj/m2）聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度（mpa）聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料斷裂伸長(zhǎng)率（%）實(shí)施例153186189實(shí)施例251185192實(shí)施例352181186實(shí)施例451183183對(duì)比例139167156對(duì)比例241168158對(duì)比例334136146對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率具有顯著提升；而對(duì)比例1制備方法中采用的玄武巖纖維不含有磷酸鋇，改性后纖維與聚酰亞胺樹(shù)脂材料相容性差，與聚酰亞胺樹(shù)脂材料的化學(xué)鍵合能力差，聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料性能顯著降低；對(duì)比例2制備方法中未進(jìn)行改性處理，與聚酰亞胺樹(shù)脂材料的化學(xué)鍵合能力變差，聚酰亞胺樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料性能顯著降低；對(duì)比例3制備方法中直接使用常規(guī)玄武巖纖維進(jìn)行復(fù)合，對(duì)聚酰亞胺樹(shù)脂的增強(qiáng)作用最差。當(dāng)前第1頁(yè)12