一种热塑性聚酰亚胺预浸料单体原位聚合制备方法技术

本发明专利技术涉及一种热塑性聚酰亚胺预浸料单体原位聚合制备方法。本发明专利技术所涉及的热塑性聚酰亚胺预浸料由二胺单体和二酐单体溶液混合物浸渍增强材料制备而成，完成浸渍后的预浸料经过加热完成酰胺化聚合反应并除去预浸料中遗留的溶剂，进一步升温完成聚酰胺酸的亚胺化反应并压实浸透增强材料，经过收卷等工艺获得高性能热塑性聚酰亚胺预浸料。本发明专利技术有效解决了传统热塑性预浸料制备工艺需要高温熔融浸渍或高沸点溶剂的溶液浸渍带来的一系列工艺技术难题，降低了热塑性聚酰亚胺预浸料的综合制备成本与制备周期。制备成本与制备周期。

【技术实现步骤摘要】
一种热塑性聚酰亚胺预浸料单体原位聚合制备方法


[0001]本专利技术属于热塑性树脂基复合材料
，具体涉及一种热塑性聚酰亚胺树脂基复合材料预浸料的制备方法。

技术介绍

[0002]由于热塑性复合材料具有抗冲击性能好和潜在的成型工艺周期短、可回收、易修复和成本低等特点，近年来受到全球科学和工程研究机构的高度重视。复合材料热塑性树脂基体主要包括聚醚酮系列、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚砜和聚醚砜等，热塑性复合材料的主要成型工艺是热压成型工艺，而热塑性树脂预浸料是热塑性复合材料的必备的关键中间材料。
[0003]热塑性树脂预浸料的制备工艺目前主要以热塑性聚合物为原料制备热塑性树脂预浸料，其主要制备工艺包括：(1)溶液法：将热塑性聚合物溶解在合适的溶剂中浸渍纤维增强材料，然后高温烘干去除溶剂获得热塑性预浸料，这种方法主要缺点，一是高沸点溶剂难以完全去除，影响成型复合材料的内部质量，二是大部分高性能热塑性树脂很难找到合适的溶剂；(2)粉末法：包括静电粉末法等、流化床粉末法和粉末淤浆，这类方法需要高温加热熔融浸渍增强材料，尤其是淤浆法还需要去除作为分散介质的水和分散热塑性粉末的表面活性剂等助剂；(3)挤出浸渍法：通过挤出机挤出热塑性树脂熔体浸渍增强材料，挤出温度高，甚至高于复合材料成型温度；(4)薄膜法：将热塑性树脂制备为热塑性树脂膜，然后与增强材料复合，加热加压浸渍增强材料；(5)纤维混合法：将热塑性树脂纺丝制备为热塑性树脂纤维，然后与增强纤维混纱或混织为增强纤维与树脂纤维的织物作为“预浸料”。
[0004]传统热塑性预浸料制备工艺都需要热塑性树脂聚合物作为原材料，聚合物分子量大、熔体黏度大，浸渍纤维困难，热塑性树脂在复合材料制备的全流程中将经历多次熔融工艺热历史，同时影响复合材料的工艺性能和使用性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述各种方法存在的不足，提出一种热塑性聚酰亚胺预浸料单体原位聚合制备方法，使热塑性聚酰亚胺树脂在单体阶段充分浸透增强材料，将热塑性聚酰亚胺树脂的合成及其预浸料制备采用单体原位聚合方法一步完成，降低了热塑性聚酰亚胺树脂预浸料的制备难度和成本。
[0006]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种热塑性聚酰亚胺预浸料单体原位聚合制备方法，其原理是将热塑性聚酰亚胺树脂的二胺单体、二酐单体和溶剂制备为树脂溶液混合物，然后浸渍增强材料，完成浸渍后的预浸料经过加热原位酰胺化聚合反应并除去预浸料中遗留的溶剂，进一步升温完成聚酰胺酸的亚胺化反应并压实浸透增强材料。具体制备工艺步骤如下：
[0008](1)将二酐单体加入醇类有机溶剂中，经搅拌完全溶解后，再加入与二酐等摩尔比或近摩尔比的二胺单体，形成质量浓度20
‑
80％的单体(包括二酐单体和二胺单体)溶液；
[0009](2)将增强材料浸渍以上单体溶液或单体溶液的浓缩溶液，形成单体溶液浸渍料；
[0010](3)单体溶液浸渍料经过一定温度加热处理，除去遗留有机溶剂，并原位酰胺化聚合形成聚酰胺酸预浸料；
[0011](4)上述聚酰胺酸预浸料进一步升高温度，聚酰胺酸预浸料中的酰胺酸经过加热发生亚胺化反应生产热塑性聚酰亚胺；
[0012](5)完成亚胺化反应的热塑性聚酰亚胺预浸料经压实、收卷，获得热塑性聚酰亚胺预浸料。
[0013]其中所述二酐单体可以为以下二酐单体之一或两种以上的混合物：均苯四甲酸二酐、联苯四甲酸二酐(含异构体)、4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐(含异构体)、三苯双醚四甲酸二酐(含异构体)、二苯甲酮二酐、2,2'
‑
双[4
‑
(3,4
‑
羧基苯氧基)苯]丙烷二酐、4,4'
‑
(六氟异丙基)二邻苯二甲酸酐、环丁烷二酐、环己烷二酐和双环戊二烯二酐。
[0014]其中所述二胺单体为以下二胺单体之一或两种以上的混合物：对苯二胺、间苯二胺、均三甲基间苯二胺、2,2'
‑
二甲基联苯胺、1,3
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)苯、1,3
‑
双(3
‑
氨基苯氧基)苯、2,2'
‑
双三氟甲基联苯胺、4,4'
‑
二氨基二苯甲烷、3,3'
‑
二氨基二苯甲酮、4,4'
‑
二氨基二苯砜、3,3'
‑
二氨基二苯砜、4,4'
‑
二氨基二苯醚、3,4'
‑
二氨基二苯醚、1,4
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)苯、1,3
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)苯、1,4
‑
双(2
‑
三氟甲基
‑4‑
氨基苯氧基)苯、4,4'
‑
双(4
‑
氨苯氧基)联苯、4,4'
‑
双(3
‑
氨苯氧基)联苯、2,2'
‑
双[4
‑
(4
‑
氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2'
‑
双[4
‑
(4
‑
氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4'
‑
双(3
‑
氨基苯氧基)二苯基砜、9,9
‑
双(4
‑
氨基苯基)芴、9,9
‑
双[4
‑
(氨基苯氧基)苯基]芴。
[0015]其中所述醇类溶剂为以下醇类溶剂之一或两种以上的混合物：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、正丁醇。
[0016]其中所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、正丁醇之一或两种以上的混合物与以下非质子溶剂的混合物：DMF(N,N
‑
二甲基甲酰胺)、DMAc(N,N
‑
二甲基乙酰胺)、NMP(N
‑
甲基吡咯烷酮)。
[0017]其中所述增强材料为以下增强纤维或其织物之一或两种以上的混合物：碳纤维、E玻璃纤维、S玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、高硅氧纤维、PBO纤维、芳纶纤维和聚酰亚胺纤维。
[0018]其中预浸料的制备工艺为手工湿法预浸工艺、连续湿法预浸工艺、热熔一步法预浸工艺或热熔两步法预浸工艺。
[0019]其中手工湿法预浸工艺或连续湿法预浸工艺情况下，所述单体溶液的单体质量浓度为20％
‑
40％，热熔一步法预浸工艺和热熔两步法预浸工艺情况下，所述单体溶液的单体质量浓度为60％
‑
80％。
[0020]其中步骤(3)中所述一定温度为70～160℃，优选100～150℃，加热时间为5min～120min，优选5min～60min。
[0021]其中步骤(4)中所述温度为200～290℃，优选230～260℃，加热时间为5min～120本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热塑性聚酰亚胺预浸料单体原位聚合制备方法，包括如下步骤：(1)将二酐单体加入醇类有机溶剂中，经搅拌完全溶解后，再加入与二酐等摩尔比或近摩尔比的二胺单体，形成质量浓度为20～80％的单体溶液；(2)将增强材料浸渍以上单体溶液或单体溶液的浓缩溶液，形成单体溶液浸渍料；(3)单体溶液浸渍料经过一定温度加热处理，除去遗留有机溶剂，并原位酰胺化聚合形成聚酰胺酸预浸料；(4)上述聚酰胺酸预浸料进一步升高温度，聚酰胺酸预浸料中的酰胺酸经过加热发生亚胺化反应生产热塑性聚酰亚胺；(5)完成亚胺化反应的热塑性聚酰亚胺预浸料经压实、收卷，获得热塑性聚酰亚胺预浸料。2.按照权利要求1所述的方法，其中所述二酐单体为以下二酐单体之一或两种以上的混合物：均苯四甲酸二酐、联苯四甲酸二酐(含异构体)、4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐(含异构体)、三苯双醚四甲酸二酐(含异构体)、二苯甲酮二酐、2,2'
‑
双[4
‑
(3,4
‑
羧基苯氧基)苯]丙烷二酐、4,4'
‑
(六氟异丙基)二邻苯二甲酸酐、环丁烷二酐、环己烷二酐和双环戊二烯二酐。3.按照权利要求1所述的方法，其中所述二胺单体为以下二胺单体之一或两种以上的混合物：对苯二胺、间苯二胺、均三甲基间苯二胺、2,2'
‑
二甲基联苯胺、1,3
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)苯、1,3
‑
双(3
‑
氨基苯氧基)苯、2,2'
‑
双三氟甲基联苯胺、4,4'
‑
二氨基二苯甲烷、3,3'
‑
二氨基二苯甲酮、4,4'
‑
二氨基二苯砜、3,3'
‑
二氨基二苯砜、4,4'
‑
二氨基二苯醚、3,4'
‑
二氨基二苯醚、1,4
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)苯、1,3
‑
双(4
‑
氨基苯氧基)苯、1,4
‑
双(2
‑
三氟甲基
‑4‑
氨基苯氧基)苯、4,...

【专利技术属性】
技术研发人员：包建文，姚逸伦，孙劲松，张朋，杨涛，董波涛，钟翔屿，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：