一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料及其制备方法技术

一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料及其制备方法，涉及高性能、耐高温蜂窝结构材料领域。包括：将填料均匀分散于聚酰胺酸溶液或聚酰亚胺树脂中；将聚酰亚胺短切纤维或聚酰亚胺纤维织物与上述溶液或树脂制备聚酰亚胺片材预成型体；将得到的片材预成型体经模具压制成带有凹凸结构的型材；将型材涂胶，然后多层叠加粘接并热压固化；将得到的叠层片材经拉伸形成蜂窝状结构材料；将得到的蜂窝材料再次浸胶，并加热固化定型。本发明专利技术的方法制得的蜂窝结构材料不仅具有优异的耐高低温性能、力学强度和耐湿热老化性能，还可通过控制填料的类型或引入导电纤维以得到结构功能一体化材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高性能、耐高温蜂窝结构材料领域，具体地，涉及一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料的制备方法以及该方法制备的蜂窝结构复合材料。
技术介绍
蜂窝结构材料因为形状模仿天然蜂窝而得名，具有轻质、高强度的性能特点，作为夹层支撑结构材料在航空航天、交通运输、国防军工等领域具有广泛的应用。传统蜂窝结构材料主要包括布蜂窝、纸蜂窝、金属蜂窝等。其中，源于芳纶纤维的芳纶纸蜂窝，因为具有高强度、高模量、低密度和良好的绝缘性能等特点，成为了蜂窝结构的重要材料之一。但是芳纶纤维由于固有的化学结构导致其吸水率偏高，耐湿热老化性能略显不足，在一定程度上影响其在某些高湿、高温环境中的应用。针对此问题，有研究采用聚酰亚胺纸为壁材，替代芳纶纸制备了聚酰亚胺纸蜂窝结构。聚酰亚胺纸的原料为聚酰亚胺短切纤维，该类材料相比芳纶材料具有更为优异的耐高低温性能、力学性能和低吸水率的性能特点，能够很好的提高蜂窝材料的高低温使用性能和耐湿热老化性能。不足之处是聚酰亚胺纸的压缩强度略低，影响蜂窝材料的抗压支撑性能。因此，如何提高聚酰亚胺蜂窝材料的壁材强度，成为了高性能聚酰亚胺蜂窝材料亟待解决的一个关键问题。在蜂窝结构材料的研究和发展过程中，具有特殊电性能的结构功能一体化蜂窝结构材料，由于可以同时起到电磁波吸收和结构支撑的作用，对于简化航空航天领域中飞行器的结构功能单元，减轻消极重量，提高有效航行里程具有重要作用。因此，如何控制蜂窝材料具有一定的电性能，逐渐成为了蜂窝结构材料设计和制备过程中需要考虑的另一个重要问题。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出了一种通过提高聚酰亚胺蜂窝结构材料的壁材强度，从而提高聚酰亚胺蜂窝结构材料的抗压缩性能的蜂窝材料制备方法。同时结合蜂窝材料结构功能一体化的设计思想，在壁材中引入导电填料，通过控制填料的种类和含量调节蜂窝壁材的电性能，从而使蜂窝结构材料具有一定的电磁波吸收功能，实现结构和功能的一体化呈现。以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，所述聚酰亚胺片材由聚酰亚胺纤维作为增强体，由聚酰亚胺树脂或聚酰胺酸溶液作为基体，经热固化制成，采用聚酰亚胺胶粘。进一步聚酰亚胺片材中还含有绝缘填料或导电填料；绝缘填料或导电填料占聚酰亚胺片材的体积分数为0-60％。绝缘填料或导电填料优选自：碳纳米管、石墨烯、云母粉、导电纤维；优选导电纤维与与聚酰亚胺纤维增强体进行混编的方式加入。增强体可以为聚酰亚胺短切纤维，也可以为聚酰亚胺纤维织物，其中聚酰亚胺短切纤维的长度在1mm-20mm之间，聚酰亚胺纤维织物的面密度在10-400g/m2；增强体在聚酰亚胺片材中的质量分数为10％-80％。所述聚酰亚胺片材的厚度在0.04mm-2mm之间，面密度在40-2000g/m2之间。所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，包括壁材、粘接胶全部为聚酰亚胺材料制成，具有优异的力学性能、耐湿热老化性能和热稳定性，其平压强度大于1.2MPa，60℃、95％RH湿热老化500h后的平压强度保持率大于95％，空气气氛下5wt％热分解温度大于500℃。所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，可应用于汽车、高铁、飞机、舰艇等运输工具中的结构支撑层，雷达罩的支撑层，吸波功能层，以及吸波-透波结构功能一体化材料。另一方面，本专利技术提供了一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将绝缘填料或导电填料均匀分散于聚酰胺酸溶液或聚酰亚胺树脂溶液中；一般溶液采用的溶剂为：N,N-二甲基乙酰胺,N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮；(2)将聚酰亚胺短切纤维或聚酰亚胺纤维织物与步骤(1)中的聚酰胺酸溶液或聚酰亚胺树脂溶液制备聚酰亚胺片材预成型体；(3)将步骤(2)得到的片材预成型体经模具热压形成带有凹凸结构的型材；(4)将步骤(3)得到的型材在凸起面外侧涂胶，然后将凸起面外侧两两相对贴合粘接并热压固化，得到叠层型材；(5)将步骤(4)得到的叠层型材经定向拉伸形成蜂窝状结构材料；(6)将步骤(5)得到的蜂窝材料再次浸胶，并加热固化定型。所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料的制备方法，其中，步骤(2)所述聚酰亚胺片材预成型体中控制溶剂质量分数在2％-20％之间；所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料的制备方法，其中，步骤(3)中的热压温度在100℃-400℃之间，压力在0.5-10MPa之间，时间在5s-8h之间。所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料的制备方法，其中，步骤(4)中的胶液选择为聚酰胺酸溶液或聚酰亚胺树脂，热压温度在100℃-400℃之间，压力在0.5-10MPa之间，时间在5s-8h之间。所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料的制备方法，其中，步骤(6)中的固化温度为100℃-400℃之间，时间在1min-8h之间。本专利技术中，采用聚酰亚胺短切纤维或聚酰亚胺纤维织物作为纤维增强体，采用聚酰胺酸溶液或聚酰亚胺树脂作为基体树脂制备复合材料片材，具有良好的压缩强度，从而有效的提高了蜂窝结构的抗压缩性能。同时，在壁材中还可通过引入导电填料的方式赋予壁材一定的导电和导热性能，尤其采用导电纤维作为填料时，可通过与聚酰亚胺纤维增强体混编的方式，既起到力学性能的增强效果，又能够提高壁材的电导率，避免了单独使用粉体填料时力学性能与导电性能难以兼顾的问题。本专利技术可实现结构和功能一体化蜂窝材料的大规模生产制备。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)采用聚酰亚胺片材代替聚酰亚胺纸作为壁材制备聚酰亚胺蜂窝，有效的提高了聚酰亚胺蜂窝的抗压性能；(2)在壁材中引入导电填料，赋予壁材一定的导电导热性能，实现结构功能一体化蜂窝材料的制备。(3)制备的聚酰亚胺蜂窝材料具有耐高温、高强度、耐湿热老化性能好的性能特点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1本专利技术方法的制备路线一种示意图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。实施例1(1)将碳纳米管均匀分散于聚酰胺酸溶液中，聚酰胺酸溶液的固含量为15wt％，碳纳米管的添加量为聚酰胺酸质量的5％；(2)取面密度为100g/m2的聚酰亚胺纤维布，将步骤(1)得到的混合溶液均匀涂覆在纤维布表面并浸润纤维布，得到纤维布片材预成型体，其中，纤维的质量分数为50％，加热控制溶剂质量分数为20％；(3)将步骤(2)得到的片材预成型体经模具热压形成带有凹凸结构的型材(边长5mm)，加热程序为100℃保温1h，然后经1h升温至200℃，保温1h，继续经过1h升温至300℃，保温1h，在100℃保温0.5h之后开始加压，压力1MPa；(4)将步骤(3)得到的型材在凸起面外侧涂覆聚酰亚胺胶液，然后以凸起面外侧相对贴合粘接并热压固化，压力2MPa，温度320℃，时间0.2h；(5)将步骤(4)得到的叠层片材经定向拉伸形成蜂窝状结构材料；(6)将步骤(1)中的聚酰胺酸混合溶液稀释至固含量为5wt％，并将该溶液刷涂在步骤(5)得到的蜂窝状结构材料表面，并加热固化定型，加热程序为100℃保温2h，然后经1.5h升温至200℃，保温1h，继续经过2h升温至3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，所述聚酰亚胺片材由聚酰亚胺纤维作为增强体，由聚酰亚胺树脂或聚酰胺酸溶液作为基体，经热固化制成，采用聚酰亚胺胶粘；聚酰亚胺片材中还含有绝缘填料或导电填料；绝缘填料或导电填料占聚酰亚胺片材的体积分数为0‑60％。

【技术特征摘要】
1.一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，所述聚酰亚胺片材由聚酰亚胺纤维作为增强体，由聚酰亚胺树脂或聚酰胺酸溶液作为基体，经热固化制成，采用聚酰亚胺胶粘；聚酰亚胺片材中还含有绝缘填料或导电填料；绝缘填料或导电填料占聚酰亚胺片材的体积分数为0-60％。2.按照权利要求1所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，绝缘填料或导电填料优选自：碳纳米管、石墨烯、云母粉、导电纤维。3.按照权利要求2所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，导电纤维与聚酰亚胺纤维增强体进行混编的方式加入。4.按照权利要求1所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，增强体为聚酰亚胺短切纤维或聚酰亚胺纤维织物。5.按照权利要求1所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，聚酰亚胺短切纤维的长度在1mm-20mm之间，聚酰亚胺纤维织物的面密度在10-400g/m2。6.按照权利要求1所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，增强体在聚酰亚胺片材中的质量分数为10％-80％。7.按照权利要求1所述的一种以聚酰亚胺片材为壁材的蜂窝结构材料，其特征在于，聚酰亚胺片材的厚度在0.04mm-2mm之间，面密...

【专利技术属性】
技术研发人员：田国峰，王俊莉，齐胜利，武德珍，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11