【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构功能复合材料，尤其涉及一种聚酰亚胺复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、聚酰亚胺由于具有突出的耐热性能、良好的力学性能和优异的介电性能，常作为碳纤维树脂基复合材料的基体树脂用于航空航天和汽车等领域。随着航空航天领域的发展，要求零部件产品使用的材料具有多功能化性能，不但需要材料具有承载的力学性能，而且需要材料具有更高耐温性能同时具备更高的导电性能以防高温使用条件下对结构部件造成雷击的危害。
2、目前航空航天领域通常使用铜或铝等金属网来帮助复合材料导电，虽然解决了防雷问题但无形中增加了飞行器的重量，影响飞行器的机动性和有效载荷。此外，金属网材料的热膨胀系数由于和碳纤维复合材料存在较大的不匹配问题，导致其在高温环境下与碳纤维复合材料层间粘接性较差的问题，有时甚至会从复合材料表面翘起或者脱落。因此这是一种较为成熟但又相对滞后的防雷解决方案。
3、碳纳米管纤维在航空航天中具有代替传统金属导电材料的能力，电导率约为106s/m，其电导率大于传统的碳纤维(105s/m)。
4、现有技术中提供的制备碳纤维/碳纳米管/环氧树脂复合材料的方法，它是将碳纤维预制体浸渍在碳纳米管溶液中(碳纳米管长度为微米级别)，冷冻干燥后得到碳纳米管/碳纤维复合预制体，由于该方法引入的是碳纳米管，它的长度方向连续性低于碳纳米管纤维(碳纳米管纤维长度可达200米以上)，因此碳纳米管对力学性能的贡献小于碳纳米管纤维。此外，碳纤维/碳纳米管/环氧树脂复合材料中引入的碳纳米管含量有限，且是均匀的分散在整个复合材料体系中不能
5、此外，现有技术中提供的制备碳纤维/碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的方法，它通常是将长度为微米级别的碳纳米管添加到碳纤维/聚酰亚胺复合材料中，当碳纳米管添加量为聚酰亚胺的0.2％时复合材料的力学性能最优，由于碳纳米管是均匀分散在聚酰亚胺体系中，且含量较低，因此电导率性能改善也不明显，但碳纳米管添加量增加时，由于碳纳米管在树脂中发生团聚，相对于树脂是一种缺陷，复合材料力学性能显著下降。
6、还有的现有技提供了将碳纳米管纤维与碳纤维缠绕形成复合纤维之后浸渍树脂以此来提复合材料的导电性能，但是由于该方法制备的复合材料中碳纳米管导电通路是在整个复合材料体相中的均匀分布，没有集中在防雷击要害位置即复合材料表面层，因此碳纳米管的实际利用率较低。
7、如何通过复合材料结构设计获得高效的耐高温高导电结构承载一体化的聚酰亚胺基复合材料是一个亟需解决的难题。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种聚酰亚胺复合材料及其制备方法，用以解决现有聚酰亚胺复合材料的导电性能和耐高温性能差的技术问题。
2、本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
3、一方面，本专利技术提供了一种聚酰亚胺复合材料，包括蒙皮层和芯层；蒙皮层包裹在芯层外侧；
4、蒙皮层由碳纳米管纤维布增强聚酰亚胺复合材料构成；
5、芯层由碳纤维增强聚酰亚胺复合材料构成。
6、在一种可能的设计中，碳纳米管纤维布由电导率≥1.0×106s/m的连续碳纳米管纤维编制而成，碳纳米管纤维的连续长度大于200m。
7、在一种可能的设计中，碳纳米管纤维布的面密度为150-220g/m2。
8、在一种可能的设计中，聚酰亚胺基复合材料中，聚酰亚胺树脂的重量含量为25-38％。
9、在一种可能的设计中，碳纤维为t系列碳纤维或m系列碳纤维。
10、另一方面，本专利技术还提供了一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，用于制备上述的聚酰亚胺复合材料，制备方法包括以下步骤：
11、s1、制备碳纳米管纤维布/聚酰亚胺预浸料和碳纤维/聚酰亚胺单向预浸料；
12、s2、将s1步骤中制备得到的碳纳米管纤维布/聚酰亚胺预浸料作为蒙皮层进行铺层，再加上碳纤维增强聚酰亚胺预浸料作为复合材料芯层铺层，除溶剂后进行固化，固化结束后脱模得到聚酰亚胺复合材料。
13、进一步地，上述s1步骤包括：s11、选择聚酰亚胺树脂；
14、在选择聚酰亚胺树脂的原料时，若是采用聚酰亚胺粉末，则选择相应的良溶剂将其溶解，溶解过程中采用机械搅拌，制备得到质量分数为30-60％的聚酰亚胺均相溶液；若是采用pmr型的聚酰胺酸盐溶液，其质量分数为50-90％；
15、s12、根据选择的聚酰亚胺树脂，选择相应的热熔法、溶液涂布工艺或者湿法工艺制备预浸料，得到相应的纳米管纤维布/聚酰亚胺预浸料和碳纤维/聚酰亚胺单向预浸料。
16、进一步地，在s11步骤中，聚酰亚胺粉末溶解时，选用的良溶剂包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、二氧六环、甲醇或乙醇中的一种或多种。
17、进一步地，在s2步骤中，采用真空袋除溶剂法工艺进行除溶剂时，除溶剂的温度梯度按照60-100℃恒温30min-1h、120-180℃恒温30min-1h、200-220℃恒温1h-2h进行。
18、进一步地，在s2步骤中，铺层时，将作为蒙皮层的碳纳米管纤维布/聚酰亚胺预浸料从四周包覆作为芯层的碳纤维/聚酰亚胺预浸料。
19、进一步地，在s2步骤中，铺层时，通过制备前、后、左、右、上、下6个方位的6片蒙皮层进行包覆芯层，实现铺层。
20、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
21、(1)本专利技术提供的基于碳纳米管纤维布的聚酰亚胺复合材料包括蒙皮层和芯层；蒙皮层由碳纳米管纤维布增强聚酰亚胺复合材料构成；芯层由碳纤维增强聚酰亚胺复合材料构成。本专利技术通过芯层中采用碳纤维提供承载强度，蒙皮层中利用碳纳米管纤维布提供导电性，树脂基体采用耐高温聚酰亚胺，由于蒙皮层和芯层使用的都是含碳的纤维和同一种树脂基体，两种纤维复合材料的热膨胀系数相差极小，在受热情况下蒙皮层和芯层界面应力相对铜网和和碳纤维复合材料的低，不容易开裂，从而避免了蒙皮层高温下脱落。因此，与现有的铜网/碳纤维/双马或者环氧树脂复合材料相比，本专利技术的聚酰亚胺复合材料的耐高温和导电等级更高，且不容易出现高温工况下蒙皮导电层脱落的风险。
22、(2)现有的碳纳米管/碳纤维/树脂复合材料由于芯层和蒙皮均含有微米级的碳纳米管用于改善复合材料导电，而芯层对防雷击贡献小，因此芯层中不必添加碳纳米管的导电效果难以体现。此外，由于现有技术采用的是微米级的碳纳米管填料，它的长度连续性不如碳纳米管纤维，添加到树脂中也容易团聚，造成复合材料的力学性能降低。与现有技术相比，本专利技术利用碳纳米管纤维(连续长度大于200m)制成的布做预浸料置于复合材料蒙皮层，碳纤维放在复合材料芯层，蒙皮层兼具高导电和高承载，芯层用于承载，不但提高了蒙皮层的力学性能还提高了碳纳米管结构材料的有效利用。
23、本专利技术中，上述各技术方案之间还本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚酰亚胺复合材料，其特征在于，包括蒙皮层和芯层；所述蒙皮层包裹在所述芯层外侧；
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述碳纳米管纤维布由电导率≥1.0×106S/m的连续碳纳米管纤维编制而成，所述碳纳米管纤维的连续长度大于200m。
3.根据权利要求2所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述碳纳米管纤维布的面密度为150-220g/m2。
4.根据权利要求3所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺基复合材料中，所述聚酰亚胺树脂的重量含量为25-38％。
5.根据权利要求1所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述碳纤维为T系列碳纤维或M系列碳纤维。
6.一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至5所述的聚酰亚胺复合材料，所述制备方法包括以下步骤：
7.据权利要求6所述的聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，在所述S1包括：
8.根据权利要求7所述的聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，在所述S11步骤中，聚酰亚胺粉末溶解时，选用的良溶剂包括
9.根据权利要求7所述的聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，在所述S2步骤中，采用真空袋除溶剂法工艺进行除溶剂时，除溶剂的温度梯度按照60-100℃条件下恒温30min-1h，然后在120-180℃条件下恒温30min-1h，最后在200-220℃条件下恒温1h-2h。
10.根据权利要求7所述聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，在所述S2步骤中，铺层时，将作为蒙皮层的碳纳米管纤维布/聚酰亚胺预浸料从四周包覆作为芯层的碳纤维/聚酰亚胺预浸料。
...【技术特征摘要】
1.一种聚酰亚胺复合材料，其特征在于，包括蒙皮层和芯层；所述蒙皮层包裹在所述芯层外侧；
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述碳纳米管纤维布由电导率≥1.0×106s/m的连续碳纳米管纤维编制而成，所述碳纳米管纤维的连续长度大于200m。
3.根据权利要求2所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述碳纳米管纤维布的面密度为150-220g/m2。
4.根据权利要求3所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺基复合材料中，所述聚酰亚胺树脂的重量含量为25-38％。
5.根据权利要求1所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述碳纤维为t系列碳纤维或m系列碳纤维。
6.一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至5所述的聚酰亚胺复合材料，所述制备方法包括以下步骤：
7....
【专利技术属性】
技术研发人员：许晓洲，戴雪岩，王天娇，李娜，汪东，柯红军，李丽英，王国勇，张昊，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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