一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料及其制备方法技术

一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料及其制备方法，它涉及一种形状记忆聚酰亚胺复合材料及其制备方法。本发明专利技术目的要解决现有形状记忆聚酰亚胺100℃下存储模量普遍低于2GPa，高温下玻璃化转变时模量普遍低于10MPa较低的问题。方法：一、制备二胺溶液；二、制备聚酰胺酸；三、将碳纤维布浸渍到聚酰胺酸溶液中；四、热酰亚胺化，得到含有聚酰亚胺的碳纤维布；五、清洗，干燥。本发明专利技术制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料Tg为312℃～340℃，在Tg‑20℃玻璃态时的存储模量为4.5GPa～3.9GPa；在Tg+10℃橡胶态时的存储模量为2.5～1.9GPa。本发明专利技术获得高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料。

A high modulus shape memory polyimide composite material and its preparation method

The invention relates to a high modulus shape memory polyimide composite material and a preparation method thereof, which relates to a shape memory polyimide composite material and a preparation method thereof. The invention aims to solve the problem that the storage modulus of the existing shape memory polyimide is generally lower than 2 GPa at 100 C, and the modulus is generally lower than 10 MPa during glass transition at high temperature. Methods: 1. Prepare diamine solution; 2. Prepare polyamic acid; 3. Impregnate carbon fiber cloth into polyamic acid solution; 4. Thermoimide to get carbon fiber cloth containing polyimide; 5. Clean and dry. The high modulus shape memory polyimide composite material prepared by the invention has a storage modulus of 4.5 GPa to 3.9 GPa at the glass state of Tg_20 and 2.5 to 1.9 GPa at the rubber state of Tg+10. The present invention obtains high modulus shape memory polyimide composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料及其制备方法。
技术介绍
形状记忆聚合物(shapememorypolymers,SMP)通常是指较高温度时在外力作用下可改变其初始形状，冷却后能固定其暂时形状；再次升温时可恢复起始形状的聚合物。聚酰亚胺(polyimide,PI)具有力学性能高、耐辐照等优点，目前已广泛应用于航空航天、微电子、机械等领域。形状记忆聚酰亚胺将聚酰亚胺的优异性能和形状记忆效应有机结合，在太空可展开结构、卫星副翼、航空推进器等领域有重要的应用前景。然而，目前形状记忆聚酰亚胺的力学性能仍不够高。比如多数形状记忆聚酰亚胺在100℃下存储模量普遍低于2GPa，其形状转变温度高于玻璃化转变温度(Tg)，但在此高温时其存储模量普遍低于10MPa。形状记忆聚酰亚胺在形状改变温度时较低的力学性能使其难以产生足够大的推动力，严重限制了其实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有形状记忆聚酰亚胺存储模量，尤其是形状回复过程时的存储模量不高，产生的回复力较低，难以直接实际应用的问题，而提供一种在实际应用中具有广阔应用前景的高模量形状记忆聚酰亚胺及其制备方法。本专利技术的一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料，由形状记忆聚酰亚胺和碳纤维布制成；所述的形状记忆聚酰亚胺由二胺和二酐制备而成；所述的二胺为2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯丙噁唑；所述的二酐为双酚A型二醚二酐。所述的碳纤维布为市售商品。本专利技术的一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的制备方法，是按以下步骤完成：一、将二胺加入到非质子极性溶剂中，再在室温和干燥的氮气气氛下搅拌至二胺完全溶解，得到二胺溶液；所述二胺物质的量与非质子极性溶剂的体积比为0.05mol:(100mL～200mL)；二、将二酐加入到二胺溶液中，再在室温和搅拌速度为300r/min～800r/min的条件下聚合反应5h～30h，得到聚酰胺酸溶液；所述的二酐与二胺的摩尔比为0.90:1～1.10:1；三、将碳纤维布加入到聚酰胺酸溶液中浸泡4h～60h，得到浸渍有聚酰胺酸的纤维布；四、将浸泡有聚酰胺酸的碳纤维布放置在洁净的玻璃板上，然后置于烘箱中，再对烘箱进行程序升温，完成热酰亚胺化，得到高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料；其中，烘箱程序升温的条件为：以1℃/min～2℃/min的升温速率从室温升温至70℃～90℃，再在70℃～90℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从70℃～90℃升温至150℃～170℃，再在150℃～170℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从150℃～170℃升温至190℃～210℃，再在190℃～210℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从190℃～210℃升温至240℃～260℃，再在240℃～260℃保温1h～2h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从240℃～260℃升温至280℃～300℃，再在280℃～300℃保温1h～2h；再以1℃/min～2℃/min的降温速率从280℃～300℃降温至室温；五、将含有高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的玻璃板置于蒸馏水中，使形状记忆聚酰亚胺复合材料从玻璃板上脱落，再使用蒸馏水将其冲洗干净，再在温度为120℃下干燥3h，得到高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料；所述的二胺为2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯丙噁唑；二酐为双酚A型二醚二酐。本专利技术包含以下有益效果：一、本专利技术首次制备出在100℃下存储模量超过6GPa的形状记忆聚酰亚胺复合材料，相对于现有的100℃下存储模量不超过2GPa的形状记忆聚酰亚胺材料，这种新型形状记忆聚酰亚胺复合材料在形状回复时可产生较大的推动力，可使覆盖于其上的金属板翻转移动，从而使形状记忆聚酰亚胺具有更加直接的实际应用前景。本专利技术有望进一步拓展形状记忆聚酰亚胺的应用范围领域；二、本专利技术首次制备出在高于其玻璃化转变温度(Tg)时存储模量超过1GPa的形状记忆聚酰亚胺复合材料，相对于现有的在Tg以上温度时存储模量通常低于10MPa的形状记忆聚酰亚胺材料，本专利技术使形状记忆聚酰亚胺有了实际应用的极大可能；三、本专利技术制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料将碳纤维布浸渍在聚酰胺酸溶液中后，固化即可制得，制备工艺简单，有利于实现产业化；该材料具有较好的形状记忆性能，其形状固定率超过95％，形状回复率超过80％。附图说明图1是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的宏观形貌图；图2是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料在显微镜下的放大结构图；图3是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的红外光谱图；图4是实施例一制备的形状记忆聚酰亚胺本体材料的损耗因子图；图5是实施例一制备的形状记忆聚酰亚胺本体材料的存储模量图；图6是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的损耗因子图；图7是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的存储模量图；图8是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的暂时形状；图9是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料在380℃热台上3s的形状回复图；图10是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料在380℃热台上5s的形状回复图；图11是实施例一制备的高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料在380℃热台上8s的形状回复图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料，由形状记忆聚酰亚胺和碳纤维布制成；所述的形状记忆聚酰亚胺由二胺和二酐制备而成；所述的二胺为2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯丙噁唑；所述的二酐为双酚A型二醚二酐。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：二酐：二胺的物质的量之比为0.90:1～1.10:1。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的制备方法，是按以下步骤完成：一、将二胺加入到非质子极性溶剂中，再在室温和干燥的氮气气氛下搅拌至二胺完全溶解，得到二胺溶液；所述二胺物质的量与非质子极性溶剂的体积比为0.05mol:(100mL～200mL)；二、将二酐加入到二胺溶液中，再在室温和搅拌速度为300r/min～800r/min的条件下聚合反应5h～30h，得到聚酰胺酸溶液；所述的二酐与二胺的摩尔比为0.90:1～1.10:1；三、将碳纤维布加入到聚酰胺酸溶液中浸泡4h～60h，得到浸渍有聚酰胺酸的纤维布；四、将浸泡有聚酰胺酸的碳纤维布放置在洁净的玻璃板上，然后置于烘箱中，再对烘箱进行程序升温，完成热酰亚胺化，得到高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料；其中，烘箱程序升温的条件为：以1℃/min～2℃/min的升温速率从室温升温至70℃～90℃，再在70℃～90℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从70℃～90℃升温至150℃～170℃，再在150℃～170℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从150℃～170℃升温至190℃～210℃，再在190℃～210℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从190℃～210℃升温至240℃～260℃，再在240℃～260℃保温1h～2h；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料，其特征在于它是由形状记忆聚酰亚胺与碳纤维布制成；所述的形状记忆聚酰亚胺由二胺和二酐制成；所述的二胺为2‑(4‑氨基苯基)‑5‑氨基苯丙噁唑；所述的二酐为双酚A型二醚二酐。

【技术特征摘要】
1.一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料，其特征在于它是由形状记忆聚酰亚胺与碳纤维布制成；所述的形状记忆聚酰亚胺由二胺和二酐制成；所述的二胺为2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯丙噁唑；所述的二酐为双酚A型二醚二酐。2.根据权利要求1所述的一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料，其特征在于二酐：二胺的物质的量之比为0.90:1～1.10:1。3.一种高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：一、将二胺加入到非质子极性溶剂中，再在室温和干燥的氮气气氛下搅拌至二胺完全溶解，得到二胺溶液；所述二胺物质的量与非质子极性溶剂的体积比为0.05mol:(100mL～200mL)；二、将二酐加入到二胺溶液中，再在室温和搅拌速度为300r/min～800r/min的条件下聚合反应5h～30h，得到聚酰胺酸溶液；所述的二酐与二胺的摩尔比为0.90:1～1.10:1；三、将碳纤维布加入到聚酰胺酸溶液中浸泡4h～60h，得到浸渍有聚酰胺酸的纤维布；四、将浸泡有聚酰胺酸的碳纤维布放置在洁净的玻璃板上，然后置于烘箱中，再对烘箱进行程序升温，完成热酰亚胺化，得到高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料；其中，烘箱程序升温的条件为：以1℃/min～2℃/min的升温速率从室温升温至70℃～90℃，再在70℃～90℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从70℃～90℃升温至150℃～170℃，再在150℃～170℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从150℃～170℃升温至190℃～210℃，再在190℃～210℃下保温2h～3h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从190℃～210℃升温至240℃～260℃，再在240℃～260℃保温1h～2h；再以1℃/min～2℃/min的升温速率从240℃～260℃升温至280℃～300℃，再在280℃～300℃保温1h～2h；再以1℃/min～2℃/min的降温速率从280℃～300℃降温至室温；五、将含有高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料的玻璃板置于蒸馏水中，使形状记忆聚酰亚胺复合材料从玻璃板上脱落，再使用蒸馏水将其冲洗干净，再在温度为120℃下干燥3h，得到高模量形状记忆聚酰亚胺复合材料；所述的二胺为2-(4-氨基苯基)-...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖鑫礼，李小凤，孔德艳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23