一种聚酰亚胺碳纤维定型剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚酰亚胺碳纤维定型剂分子通式见右。 其制备包括：将芳香族四元伯胺与单酐按摩尔比1∶2溶解于在强极性非质子有机溶剂中， 于0℃-20℃的温度范围内搅拌反应0.5-2小时后，加入芳香族二元伯胺和2，2-双[3-氨基-4- (4-氰基苯氧基)苯基]六氟丙烷，搅拌溶解后，冰水浴冷却，加入芳香族二元酸酐，搅拌， 于0℃-20℃的温度范围内反应2-4小时后，加入酸性催化剂和共沸剂，加热回流分水反应 5-12小时后，分出共沸剂以回收再利用，获得均相透明粘稠状的聚酰亚胺溶液；该聚酰亚 胺碳纤维定型剂具有优异的尺寸稳定性、力学性能和耐热性；且制备方法反应条件温和， 反应原料来源方便，成本低，对环境友好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属碳纤维定型剂及其制备领域，特别是涉及一种聚酰亚胺碳纤维定型剂及其制 备方法。
技术介绍
聚酰亚胺是一类综合性能非常优异的聚合物，具有非常优良的耐热性、耐低温性、耐溶剂性、自润滑性以及阻燃等特性，同时，也具有非常优良的力学性能和介电性能。因此，它被广泛地应用于光伏材料、非线性光学材料；宇宙飞船、卫星或太空飞行器等的耐高温材料；航空航天、汽车、机电等方面的先进结构复合材料、C级或200以上级电气绝缘材料、耐高温胶粘剂等；以及电子微电子领域的FPC或PCB的基体材料、IC的层间绝缘材料、超大规模集成电路钝化涂层和a粒子阻挡层涂覆材料等。树脂传递模塑工艺(RTM〕，是一种液体成型技术。因其具有低模具费用、低有机物挥发量、可设计性及适合于成型中批量大型整体复杂构件等优点，被广泛应用于航空航天、造船、汽车、电子及民用建筑等多个领域，并成为近年来复合材料工艺研究的热点。RTM工艺过程中，闭模中铺放的各种增强材料(体)均处于无外力作用而相互独立的状态下，其在合模和注人树脂时容易发生滑移错位和(或)内部屈曲等缺陷，破坏按结构、力学要求设计的铺层，造成复合材料制品性能下降及性能的不可预知，尤其形状复杂的制品。因此，预成型体制备技术作为RTM工艺中的一项核心技术无疑值得进行深入研究，而其中预定型剂的研究则是整个预成型体制备技术的关键。廖勇波等人定型剂对复合材料力学性能的影响，化工新型材料，2006， 34 (10): 62-65公开了定型剂含量对3186缎纹、827单向碳布/3266树脂基复合材料弯曲强度、层 间剪切强度和模量的影响。结果表明:定型剂含量时复合材料力学性能的影响规律、定型剂 最佳用量均对增强材料的织态结构有着很强的依赖性;在3186缎纹/3266树脂体系和827单 向碳布/3266树脂体系中，定型剂用量分别为8%和5%时，定型剂的加入对复合材料的力 学性能没有造成明显的劣化作用。但并没有公开定型剂的分子结构，更没有它的制备方法。乌其云格格等人一种中温定型剂及其RTM预制体性能，材料工程，2006， (3):37-39， 43公开了 ES-T321定型剂及其配对的RTM专用环氧树脂3266的混合使用性能，ES-T321 可以制备成丙酮溶液或粉末定型材料，使用方便；ES-T321的熔点比3266树脂的RTM注 射温度窗口高，具有较好的抗流动冲刷性能，能够保证定型织物在树脂注射时不被冲散； ES-T321在3266树脂的固化温度下能溶解在树脂中，并与3266的固化剂反应；加入定型剂对树脂混合体系的热性能几乎无影响；定型处理的预成型体的回弹效应小，溶液法定型 的预成型体的回弹比粉末法的更小。然而，ES-T321定型剂的分子结构及其制备方法也尚 未公开。目前，虽然对环氧树脂RTM成型工艺中，有关碳纤维预成型用定型剂的应用有所报 道，但对其分子结构或制备方法均未见公开报道；有关聚酰亚胺RTM成型工艺的碳纤维 预成型用定型剂，也未见公开报道。因此，本专利技术对聚酰亚胺碳纤维定型剂的分子结构及其制备方法进行了深入研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，该聚酰 亚胺碳纤维定型剂具有优异的尺寸稳定性、力学性能和耐热性；且制备方法反应条件温和， 反应过程在常压下进行，操作简单；反应原料来源方便，成本低，不涉及也不产生腐蚀性 物质，有机溶剂使用种类少且易回收，可反复循环再用，对环境友好。本专利技术的化学反应方程式如下H00 匪OCRHOOC^NHOCR —Q21條NHOC、 HOO(Ar:CONH-COOHPCat.refluxdehydratingo、 ,o'R、OQ2一Oc。z 一其中，m、 n、 p为大于等于l且小于20的自然数；各自独立，互不相关；9式中，单酐的结构式为:芳香族的二元伯胺残基-Q,-为:<formula>formula see original document page 11</formula><formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 13</formula>芳香族四元伯胺的连接基-Q2-为:所述的芳香族二元酸酐残基=八1^为:本专利技术的一种聚酰亚胺碳纤维定型剂，其分子结构通式为-其中-Qr为芳香族的二元伯胺残基；=八产为芳香族二元酸酐残基；.Q2-芳香族四元 伯胺的连接基；-R-为单酐残基；m、 n、 p为大于等于1，且小于20的自然数，各自独立互不相关；性状均相透明粘稠状溶液；所述的聚酰亚胺碳纤维定型剂的分子结构为:性状均相透明粘稠状溶液;所述的聚酰亚胺碳纤维定型剂的分子结构为:性状均相透明粘稠状溶液;17本专利技术的一种聚酰亚胺碳纤维定型剂的制备方法，包括将芳香族四元伯胺与单酐按摩尔比1: 2溶解于在强极性非质子有机溶剂中，于0'C-20 t:的温度范围内搅拌反应0.5-2小时后，加入芳香族二元伯胺和2,2-双[3-氨基-4- (4-氰基 苯氧基)苯基]六氟丙垸,搅拌溶解后，冰水浴冷却，加入芳香族二元酸酐，搅拌，于0'C-20 t:的温度范围内反应2-4小时后，加入酸性催化剂和共沸剂，加热回流分水反应5-12小时 后，分出共沸剂(回收再利用)，获得均相透明粘稠状的聚酰亚胺溶液；其中，芳香族二 元伯胺与芳香族四元伯胺的摩尔数之比为1: 0.1-10;芳香族二元酸酐的摩尔数等于芳香族 四元伯胺、芳香族二元伯胺和2,2-双[3-氨基-4- (4-氰基苯氧基)苯基]六氟丙烷的摩尔数之 和；强极性非质子有机溶剂与总反应物的体积重量比为3毫升-10毫升l克，总反应物的 重量包括芳香族二元伯胺、芳香族四元伯胺、2,2-双[3-氨棊4- (4-氰基苯氧基)苯基]六氟 丙烷、芳香族二酐和单酐的重量之和；酸性催化剂与芳香族二元酸酐的摩尔数之比为1: 1-20;共沸脱水剂与强极性非质子有机溶剂的体积比为1: 1-10。所述的芳香族四元伯胺选自1,4-双(2,4-二氨基苯氧基)苯，1，3-双(2，4-二氨基苯氧 基)苯，'2,2-双[4-(2,4-二氨基苯氧基)苯基]丙垸，2,2-双[4-(2,4-二氨基苯氧基苯基]六氟丙 烷，4，4'-双(2，4-二氨基苯氧基)二苯砜，4,4'-双(2,4-二氨基苯氧基)二苯硫醚，4，4'-双(2,4-二氨基苯氧基)二苯醚，4,4'-双(2，4-二氨基苯氧基)联苯，4,4'-双(2,4-二氨基苯氧基) -3,3'，5，5'-四甲基二苯砜，4,4'-双(2，4-二氨基苯氧基)-3，3',5,5'-四甲基联苯中的一种或几种；所述的单酐选自马来酸酑纳迪克酸酐、甲基^迪克酸酐、4-苯乙炔苯酐中的一种或几种；IIi〉马来酸酐o甲基纳迪克酸酐4-苯乙炔苯酐所述的芳香族二元伯胺选自4,4'-二氨基二苯醚、3,4'-二氨基二苯醚、3,3'-二氨基二苯醚、1,4-双(3-氨基苯氧基)苯、2,6-双(4-氨基苯氧基)苯甲腈、2，6-双(3-氨基苯氧基)苯甲腈、 2，6-双(4-氨基苯氧基)甲苯、2,6-双(4-氨基苯氧基)三氟甲苯、2,5-双(4-氨基苯氧基)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚酰亚胺碳纤维定型剂，其分子结构通式为：　＊＊＊　其中：－Ｑ↓［１］－为芳香族的二元伯胺残基；＝Ａｒ＝为芳香族二元酸酐残基；－Ｑ↓［２］－芳香族四元伯胺的连接基；－Ｒ－为单酐残基；ｍ、ｎ、ｐ为大于等于１，且小于２０的自然数，各自独立互不相关。　性状：均相透明粘稠状溶液；。

【技术特征摘要】
1. 一种聚酰亚胺碳纤维定型剂，其分子结构通式为其中-Q1-为芳香族的二元伯胺残基；＝Ar＝为芳香族二元酸酐残基；-Q2-芳香族四元伯胺的连接基；-R-为单酐残基；m、n、p为大于等于1，且小于20的自然数，各自独立互不相关。性状均相透明粘稠状溶液；2.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺碳纤维定型剂，其特征在于所述的聚酰亚胺碳纤维定型剂的分子结构为<formula>formula see original document page 2</formula>性状均相透明粘稠状溶液。3.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺碳纤维定型剂，其特征在于所述的聚酰亚胺碳纤 维定型剂的分子结构为-性状均相透明粘稠状溶液。4.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺碳纤维定型剂，其特征在于所述的聚酰亚胺碳纤 维定型剂的分子结构为-性状均相透明粘稠状溶液。5. —种聚酰亚胺碳纤维定型剂的制备方法，包括-将芳香族四元伯胺与单酐按摩尔比1: 2溶解于在强极性非质宇有机溶剂中，于0。C-20 'C的温度范围内搅拌反应0.5-2小时后，加入芳香族二元伯胺和2,2-双[3-氨基-4- (4-氰基 苯氧基)苯基]六氟丙垸,搅拌溶解后，冰水浴冷却，加入芳香族二元酸酐，搅拌，于0'C-20 'C的温度范围内反应2-4小时后，加入酸性催化剂和共沸剂，加热回流分水反应5-12小时 后，分出共沸剂以回收再利用，获得均相透明粘稠状的聚酰亚胺溶液；其中，芳香族二元伯胺与芳香族四元伯胺的摩尔数之比为1: 0.1-10;芳香族二元酸酐的摩尔数等于芳香族四元伯胺、芳香族二元伯胺和2,2-双[3-氨基-4- (4-氰基苯氧基)苯基]六氟丙烷的摩尔数之和； 强极性非质子有机溶剂与总反应物的体积重量比为3毫升-10毫升l克，总反应物的重量 包括芳香族二元伯胺、芳香族四元伯胺、2,2-双[3-氨基-4- (4-氰基苯氧基)苯基]六氟丙烷、 芳香族二酐和单酐的重量之和；酸性催化剂与芳香族二元酸酐的摩尔数之比为1: 1-20; 共沸脱水剂与强极性非质子有机溶剂的体积比为1: 1-10。6. 根据权利要求5所述的一种聚酰亚胺碳纤维定型剂的制备方法，其特征在于所述的芳香族四元伯胺选自1，4-双(2,4-二氨基苯氧基)苯，1,3-双(2,4-二氨基苯氧基)苯，2,2-双[4~(2,4-二氨基苯氧基)苯基]丙烷，2,2-双[4(2+二氨基苯氧基苯基]六氟丙烷，4,4'-双(2,4-二氨基苯氧基)二苯砜，4,4'-双(2,4-二氨基苯氧基)二苯硫醚，4,4'-双(2，4-二氨基苯氧 基)二苯醚，4,4'-双(2,4-二氨基苯氧基)联苯，4，4'-双(2,4-二氨基苯氧基)-3,3',5，5'-四甲 基二苯砜，4,4'-双(2,4-二氨基苯氧基)-3,3',5，5'-四甲基联苯中的一种或几种。7. 根据权利要求5所述的一种聚酰亚胺碳纤维定型剂的制备方法，其特征在于所述的单 酐选自马来酸酐纳迪克酸酐、甲基纳迪克酸酑、4-苯乙炔苯酐中的一种或几种。马来酸酐纳迪克酸酑甲基纳迪克酸酐4苯乙炔苯酐8. 根据权利要求5所述的一种聚酰亚胺碳纤维定型剂的制备方法，其特征在于所述的芳香族二元伯胺选自4,4'-二氨基二苯醚、3,4'-二氨基二苯醚、3,3'-二氨基二苯醚、1,4-双(3-氨基苯氧基)苯、2,6-双(4-氨基苯氧基)苯甲腈、2,6-双(3-氨基苯氧基)苯甲腈、2,6-双(4-氨基苯氧基)甲苯、2，6-双(4-氨基苯氧基)三氟甲苯、2,5-双...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞鑫海，陈梅芳，
申请(专利权)人：东华大学，上海睿兔电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：31