超轻聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法和复合材料技术

本发明专利技术涉及一种超轻聚酰亚胺预浸料及其制备方法和复合材料，该制备方法包括以下步骤：将热塑或热固性树脂进行涂膜处理，得到树脂胶膜；将聚酰亚胺纤维依次经过如下处理：放丝、丝束分齿、上浆、展平、烘干；3)将步骤2)中经过处理的聚酰亚胺纤维与步骤1)中得到的树脂胶膜进行热压辊复合，得到聚酰亚胺预浸料。本发明专利技术能够实现如下有益效果：(1)可以实现超轻聚酰亚胺纤维预浸料的生产；(2)可以提高聚酰亚胺纤维预浸料的生产效率和产能，同时降低生产成本；(3)可以实现聚酰亚胺纤维丝束的展平；(4)可以改善聚酰亚胺纤维预浸料界面性能。(4)可以改善聚酰亚胺纤维预浸料界面性能。(4)可以改善聚酰亚胺纤维预浸料界面性能。

【技术实现步骤摘要】
超轻聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法和复合材料


[0001]本专利技术涉及复合材料领域，尤其涉及聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法和复合材料。

技术介绍

[0002]近年来，随着新型航天飞行器、国防军工、海洋工业、汽车制造、新能源和体育器械等现代工业的迭代升级，带来的是对具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐高温、抗冲击、抗断裂、抗疲劳和高强轻质材料的迫切需要，这无疑给高性能纤维增强树脂基复合材料提供了广阔的应用市场与发展潜力。
[0003]高性能纤维增强树脂基复合材料是一种具有两相或两相以上的结构材料，各相材料在维持其自身基本物理和化学性能的基础上，所制备的复合材料具有无可比拟的性能优势，可满足社会工业化发展的实际需要。目前，主流的增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维(PPTA)、聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)和超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等，然而，这类纤维自身的性能缺陷限制了其复合材料的使用领域及寿命。例如，在潮湿环境下，PPTA纤维分子链上含有的极性酰胺基团具有较强的亲水性(吸水性可达7.75％)，因此制备的复合材料的力学性能、尺寸稳定性会受到影响。在光照条件下，PBO纤维分子链上含有的噁唑环对紫外光非常敏感，长期照射后噁唑环会断裂生成结构不稳定的酰胺键，然后分解为小分子单体，这严重限制了PBO纤维的使用价值，此外PBO纤维表面活性低、光滑、与树脂基体的界面粘接性能差，这进一步阻碍了纤维增强体在树脂基复合材料中的增强增韧作用。UHMWPE纤维熔融温度约为136℃，玻璃化转变温度约为95℃，在较高温度(140℃)条件下，使用1h，断裂强度下降率达16.84％，且分子链的—CH2—CH2—结构使纤维表面呈惰性，与树脂基体界面粘接性能差，进一步限制该类复合材料制品的使用温度和领域。
[0004]高性能聚酰亚胺(PI)纤维是一类分子主链中含有酰亚胺环结构的类环
‑
链型高性能纤维，具有高强高模(拉伸强度可达4.5GPa、初始模量可达201GPa)、耐高温(起始分解温度＞420℃)、耐低温(
‑
269℃不会脆断)、耐溶剂性、耐紫外辐照、阻燃自熄、高尺寸稳定性、高电绝缘、低介电、低蠕变、低真空挥发度等优异的综合性能。在极端环境(航空航天、深海作业、抢险救灾、国防军工等领域)下，与其他高性能纤维相比具有极大的优势，可用作高性能纤维增强树脂基复合材料的增强体，有望替代其他高性能纤维，提升树脂基复合材料的使用领域、寿命和材料性能的可靠性。
[0005]现有技术中聚酰亚胺纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法中，大多采用聚酰亚胺纤维织物增强热固性聚酰亚胺树脂，该方法中需要通过热烘除溶剂及环化过程制备预浸料，之后采用热压成型的方式制备聚酰亚胺纤维增强热固性聚酰亚胺树脂复合材料。该材料玻璃化转变温度高达350℃，层间剪切强度可达40MPa，介电常数可低至3.21，表现出优异的综合性能特点。
[0006]中国专利申请CN201410366226.3公开了一种聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法与应用，所述聚酰亚胺纤维预浸料包含有40～80％重量含量的聚酰亚胺纤维和20～60％重
量含量的树脂。该专利技术提供的聚酰亚胺纤维预浸料是以聚酰亚胺长纤维或其织物作为强化纤维，通过氰酸酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺或苯并噁嗪树脂等的浸润而制备的预浸料。
[0007]中国专利申请CN201910656740.3公开了一种制备聚酰亚胺预浸料的方法，其特征在于，该方法包括：(1)将热塑性聚酰亚胺树脂溶液进行加工处理，得到树脂胶膜；(2)将所述树脂胶膜与聚酰亚胺纤维进行热辊压处理，得到聚酰亚胺预浸料。
[0008]上述两件专利文献公开的聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法基本相似，均包含涂膜工序和热压辊复合工序，且树脂含量均控制在20～60％。然而，目前，上述专利文献均没有公开与超轻聚酰亚胺纤维预浸料相关的技术，即无法生产超轻聚酰亚胺纤维预浸料。另外，现有的聚酰亚胺纤维二步法预浸料生产工艺存在无法实现聚酰亚胺丝束的均匀展平的问题。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种超轻聚酰亚胺预浸料的制备方法，其能够解决现有预浸料制备工艺中聚酰亚胺丝束无法均匀展平的问题。
[0010]本专利技术的另一目的在于提供一种超轻聚酰亚胺预浸料，该超轻聚酰亚胺预浸料的单位面积质量可以达到80g/m2以下。
[0011]本专利技术的还一目的在于提供一种复合材料，该复合材料包括超轻聚酰亚胺预浸料。
[0012]根据本专利技术的目的，本专利技术的第一方面提供了一种超轻聚酰亚胺预浸料的制备方法，其包括以下步骤：
[0013]1)将树脂进行涂膜处理，得到树脂胶膜；
[0014]2)将聚酰亚胺纤维依次经过如下处理：放丝、丝束分齿、上浆、展平、烘干；
[0015]3)将步骤2)中得到的聚酰亚胺纤维与步骤1)中得到的树脂胶膜进行热压辊复合，得到聚酰亚胺预浸料。
[0016]通过本专利技术的制备方法，可以提高聚酰亚胺纤维预浸料的生产效率和产能，同时降低生产成本，改善聚酰亚胺纤维预浸料性能。具体而言，之前上浆是需要对聚酰亚胺纤维单独上浆后再用来生产预浸料，而本专利直接将上浆步骤和预浸料复合步骤连续在一起，节约了上浆时间，减少了人员成本及材料的损耗成本。
[0017]优选地，步骤1)中，所述树脂为热塑性或热固性树脂，热塑性树脂包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯醚等；热固性树脂包括但不限于环氧树脂、聚酯树脂，乙烯基酯，双马来酰胺、热固性聚酰亚胺、氰酸酯等。更优选地，所述树脂为选自聚酰亚胺树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、双马来酰胺树脂中的一种或多种。
[0018]优选地，步骤1)中，所述涂膜处理的方法包括：所述涂膜处理的方法包括：将所述树脂进行加热处理，得到熔融状态的树脂，然后进行涂膜，得到所述树脂胶膜。
[0019]优选地，步骤2)中，所述聚酰亚胺纤维的拉伸强度≥2.5GPa，模量≥90GPa，玻璃化温度≥320℃，热分解温度≥550℃；和/或
[0020]所述聚酰亚胺纤维为聚酰亚胺长纤维和/或聚酰亚胺连续织物。
[0021]优选地，步骤2)中，通过纺丝和丝束分齿，得到聚酰亚胺纤维丝束；然后通过上浆，得到湿态聚酰亚胺纤维丝束，其中，所述上浆中采用的上浆剂为水溶性上浆剂。
[0022]更优选地，步骤2)中，所述上浆剂中的主官能团为选自环氧基团、氰酸酯基团、异氰酸酯基团、聚氨酯基团、酚醛基团、双马基团中的一种或多种。
[0023]优选地，所述展平包括经过上浆后的湿态聚酰亚胺纤维丝束通过展平辊的上下挤压实现平行滑移，最终以平铺的状态进入热炉实现烘干。
[0024]优选地，步骤2)中，所述热炉的烘干温度为120
‑
160℃；和/或
[0025]所述丝束分齿中，两齿之间的间隙为2
‑
8mm，以便于1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超轻聚酰亚胺预浸料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将树脂进行涂膜处理，得到树脂胶膜；2)将聚酰亚胺纤维依次经过如下处理：放丝、丝束分齿、上浆、展平、烘干；3)将步骤2)中经过处理的聚酰亚胺纤维与步骤1)中得到的树脂胶膜进行热压辊复合，得到聚酰亚胺预浸料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，所述树脂为热塑性树脂或热固性树脂，为选自聚酰亚胺树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、双马来酰胺树脂中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤1)中，所述涂膜处理的方法包括：将所述树脂进行加热处理，得到熔融状态的树脂，然后进行涂膜，得到所述树脂胶膜。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤2)中，所述聚酰亚胺纤维的拉伸强度≥2.5GPa，模量≥90GPa，玻璃化温度≥320℃，热分解温度≥550℃；和/或所述聚酰亚胺纤维为聚酰亚胺长纤维和/或聚酰亚胺连续织物。5.根据权利要求1或2中所述的方法，其中，步骤2)中，通过纺丝和丝束分齿，得到聚酰亚胺纤维丝束；然后通过上浆，得到湿态聚酰亚胺纤维丝束，其中，所述上浆中采用的上浆剂为水溶性上浆剂。6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤2)中，所述展平包括经过上浆后的湿态聚酰亚胺纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梦颖，刘少飞，牛鸿庆，武德珍，
申请(专利权)人：江苏先诺新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：