一種碳纖維增強聚酰亞胺復合材料的制備
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于聚醜亞胺特種工程塑料技術領域，涉及一種碳纖維增強聚醜亞胺復合 材料的制備。
【背景技術】
[0002] 聚醜亞胺（PI) -般是指重復單元中含有芳香環(huán)和醜亞胺環(huán)結構的一類高性能聚 合物，通常具有高模量、高強度、低吸水率、耐水解、耐福射，優(yōu)異絕緣性及耐熱氧化穩(wěn)定性 的工程塑料。
[0003]目前，聚醜亞胺（PI)主要品種分為熱固性和熱塑性聚醜亞胺。
[0004] (1)熱固性聚醜亞胺；送種聚醜亞胺樹脂為不透明固體，不溶不烙性高分子聚合 物，其成型過程不涉及亞胺化反應，相對密度為1. 50,在50(TCW下無烙點及玻璃化轉變 點，于45(TCW下穩(wěn)定，且不溶于大多有機溶劑，具有突出的耐高溫性，可在26(TC的較高溫 度下連續(xù)使用，并能保持良好的機械性能和電性能，其本身沖擊性和尺寸穩(wěn)定性好，不開 裂，不冷流，具有優(yōu)異的耐熱福射性、良好的耐化學藥品和耐磨性及自潤滑性，其自身阻燃 性好，在高溫下只燒焦和分解，不著火。
[0005] (2)熱塑性聚醜亞胺；熱塑性PI分子的剛性比熱固型PI分子的低，且在增加柔性 的同時，盡量保持熱固型PI優(yōu)異的力學性能和熱氧化穩(wěn)定性、耐溶劑性等。送種樹脂具有 綜合的物理機械性能，相對密度為1. 38,玻璃化轉化溫度約27(TC，具有良好的耐磨性、耐 福射性和電絕緣性，作為作為芳香環(huán)特種工程塑料，它在耐熱性塑料中占有十分重要作用 的地位，是目前特種工程塑料中耐熱性最好的品種之一，也是用量最大的聚醜亞胺樹脂。但 耐熱性不如熱固性聚醜亞胺。
[0006] 但純PI因較低的抗拉、抗壓強度，不適宜單獨作為摩擦材料使用，而加入增強纖 維后可得到力學性能和摩擦性能優(yōu)異的PI復合材料。
[0007] 纖維具有高強度、高模量、耐高溫等優(yōu)點，可W增加PI的機械性能，提高其尺寸穩(wěn) 定性、強度、初性和耐熱性等。目前用于聚合物增強改性的纖維主要有碳纖維、玻璃纖維、芳 絕纖維和各種晶須。但是，未經(jīng)處理的纖維表面呈現(xiàn)惰性，其活性比面積小，表面能低，與樹 脂的界面結合較差，增強效果有限，甚至能引起復合材料的自身缺陷。因此，需要對纖維進 行表面改性，W提高纖維增強PI復合材料的界面結合能力，從而獲得機械性能優(yōu)異的PI復 合材料。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明目的在于提供一種碳纖維增強聚醜亞胺（PI)復合材料的制備方法，采用 濃硝酸氧化和聚醜亞胺包覆復合方法對短切碳纖維（C巧進行表面改性，提高CF增強熱塑 性聚醜亞胺復合材料（CF/TPI)力學性能。
[0009] 本發(fā)明涉及一種碳纖維增強聚醜亞胺（PI)復合材料的制備方法，其包括下列步 驟： I).碳纖維表面改性 在常溫下，采用濃硝酸進行刻蝕比，干燥備用。
[0010] 2).聚醜胺酸（PPA)的制備 將一定量的芳香族長鏈二胺值AMI)溶解在均苯四甲基二?。≒MDA)，W鄰苯二甲酸酢 為封端劑，制備PAA質量分數(shù)為20%的溶液，設計包覆的PI相對分子質量40000。
[0011] 3).聚醜亞胺包覆 使用N，N'-二甲基己醜胺值MAc)稀釋制備好的PPA溶液，使其黏度降低，然后按照PPA:CF的質量比1:10，將PPA與CF混合攬合均勻，真空下脫溶劑DMAc。為防止CF在亞胺 化過程中團聚，先脫除混合物中過量溶劑，然后于25(TC下熱亞胺化處理化，得到包覆有PI 的CF,然后使用攬拌器打均勻。
[0012] 4).PI復合材料模壓成型 采用模壓成型工藝制備30% (質量分數(shù)）CF的TPI復合材料。將PI粉料的CF機械混 合均勻，加入到模具中升溫到28(TC，施加壓力lOMPa，保溫保壓Ih;然后升溫至34(TC，保壓 Ih;降溫至IOOC，脫模即得到復合材料。
[0013] 如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可W通過市售得到，或根據(jù)本領域的常規(guī)方 法制備得到。除非另有定義或說明，本文所使用的所有專業(yè)與科學用語與本領域技術熟練 人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本說 明方法中。
[0014] 【【具體實施方式】】下面通過實例進一步說明本發(fā)明 在常溫下，采用濃硝酸預先對CF-I進行刻蝕比，記為CF-2,干燥備用。將一定量的芳 香族長鏈二胺值AMI)溶解在均苯四甲基二?。≒MDA)，W鄰苯二甲酸酢為封端劑，制備PAA 質量分數(shù)為20%的溶液，設計包覆的PI相對分子質量40000。使用N，N二甲基己醜胺 值MAc)稀釋制備好的PPA溶液，使其黏度降低，然后按照PPA:CF的質量比1:10,將PPA與 CF混合攬合均勻，真空下脫溶劑DMAc。為防止CF在亞胺化過程中團聚，先脫除混合物中過 量溶劑，然后于25(TC下熱亞胺化處理化，得到包覆有PI的CF,然后使用攬拌器打均勻(記 為CF-3)。采用模壓成型工藝制備30% (質量分數(shù))CF的TPI復合材料。將PI粉料的CF機 械混合均勻，加入到模具中升溫到28(TC，施加壓力lOMPa，保溫保壓Ih;然后升溫至34(TC， 保壓Ih;降溫至10(TC，脫模即得到復合材料模壓件。采用測試標準；拉伸強度測試標準為 GB/T1040-92,彎曲強度測試標準為GB/T1042-92,沖擊性能測試試樣形狀采用無缺口標準 小試樣，測試結果如表1所示。
[0015] 表1CF/TPI復合材料力學性能
由此可知，濃硝酸對CF表面處理和包覆處理的PI層能夠增強TPI與CF之間的界面粘 結作用，復合材料的拉伸強度提高10. 4%，彈性模量提高109. 7%，沖擊強度提高74. 07%，彎 曲強度提高18. 38%。
[0016] W上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構成任何限制。凡采用 同等變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種碳纖維增強聚酰亞胺（PI)復合材料的制備方法，采用濃硝酸氧化和聚酰亞胺 包覆復合方法對短切碳纖維（CF)進行表面改性，提高CF增強熱塑性聚酰亞胺復合材料 (CF/TPI)力學性能。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種碳纖維增強聚酰亞胺（PI)復合材料，其特征在于，所選 的碳纖維直徑為疒10μm，長度約為100μm。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種碳纖維增強聚酰亞胺（PI)復合材料，其特征在于，碳纖 維表面改性選用的是濃硝酸。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種碳纖維增強聚酰亞胺（PI)復合材料的制備方法，其包括 下面步驟： 1) 碳纖維表面改性 在常溫下，采用濃硝酸進行刻蝕lh，干燥備用； 2) 聚酰胺酸（PPA)的制備 將一定量的芳香族長鏈二胺（DAMI)溶解在均苯四甲基二酐（PMDA)，以鄰苯二甲酸酐 為封端劑，制備PAA質量分數(shù)為20%的溶液，設計包覆的PI相對分子質量40000 ; 3) 聚酰亞胺包覆 使用Ν，ΓΤ-二甲基乙酰胺（DMAc)稀釋制備好的PPA溶液，使其黏度降低，然后按照PPA:CF的質量比1:10，將PPA與CF混合攪合均勻，真空下脫溶劑DMAc，為防止CF在亞胺化 過程中團聚，先脫除混合物中過量溶劑，然后于250°C下熱亞胺化處理2h，得到包覆有PI的 CF，然后使用攪拌器打均勻； 4. PI復合材料模壓成型 采用模壓成型工藝制備30% (質量分數(shù))CF的TPI復合材料，將PI粉料的CF機械混合 均勻，加入到模具中升溫到280°C，施加壓力lOMPa，保溫保壓lh;然后升溫至340°C，保壓 lh;降溫至KKTC，脫模即得到復合材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳纖維增強聚酰亞胺(PI)復合材料的制備方法，采用濃硝酸氧化和聚酰亞胺包覆復合方法對短切碳纖維(CF)進行表面改性，提高CF增強熱塑性聚酰亞胺復合材料(CF/TPI)力學性能。
【IPC分類】C08K9/02, C08G73/10, C08K7/06, C08K3/04, C08L79/08
【公開號】CN105295373
【申請?zhí)枴緾N201410326641
【發(fā)明人】張全慶, 翟春熙, 馬俊杰
【申請人】黑龍江鑫達企業(yè)集團有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2014年7月10日