聚酰亚胺织物增强热固性聚酰亚胺树脂复合材料制备及性能研究
发布时间：2022-01-27 22:04
聚酰亚胺（PI）材料因其分子链中含有大量的芳杂环刚性共轭结构而具有优异的耐高低温、耐老化、耐辐照、耐化学腐蚀和低介电、高绝缘等特点,作为树脂基体在航空航天领域具有重要应用,如耐高温轴承、发动机外涵道、外罩导管等。随着飞行器马赫数的快速提升,对材料结构减重或透波功能、长期使用温度等提出了更高的要求。高强高模PI纤维兼具PI材料的综合性能特点和高性能纤维的力学性能特点,可满足热固性PI树脂高温高压的加工要求。本研究采用高强高模PI纤维织物增强热固性PI树脂制备一种全PI复合材料,为结构-功能一体化高性能复合材料的研究拓展了新的方向,主要研究内容如下:1.采用单体原位聚合（PMR）法制备PI-PEPA、PI-NA两种热固性树脂,确定了树脂体系的固化工艺参数,并对树脂模压件进行性能表征。结果表明,PI-PEPA具有更为优异的综合性能,熔体最低粘度仅为200Pa·s,熔体加工窗口宽,具有优异的加工成型性能,固化后玻璃化温度在330-350℃之间,热失重5%温度在610℃以上,线性热膨胀系数为16.64 ppm/K,拉伸强度可达到80 MPa以上,模量在2.5 GPa附近,断裂伸长率大于9%,抗冲...
【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３?ＰＩ纤维的制备方法??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＰＩ?ｆｉｂｅｒ??１．２．２?ＰＩ纤维的应用??
能够制备得到高品质的碳纤??维增强ＰＩ树脂基复合材料［４９１。??（ａ）??〇??，ＣＯＯＣＨｊ??２?ｉ?Ｖ：?＋?２．０８７?Ｈ，Ｃ〇〇Ｃ?＇「丫ＹＣ〇〇ＣＨ５?＋?３．０８７?明．．．．＜ｆ?价?娜??Ｊ．、Ｃ〇〇Ｈ??Ｒｏｏｍ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?－Ｈ２Ｏ??ｔｏ??２５０°Ｃ?ｌ?－ＣＨｓＯＨ??０?！?°?〇?＿」２．０８７?０??２５０?ｔｏ?３１６?°Ｃ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ??＾?ｂ?Ｌ?Ｏ?ｏＪ?２．０８７?〇??〇４—?一??图１－６?ＰＭＲ－１５树脂的制备流程及降冰片烯基的固化反应（ａ）制备流程；??（ｂ）降冰片烯基的固化反应??Ｆｉｇｕｒｅ?１－６?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＰＭＲ－１５?ｒｅｓｉｎ?ａｎｄ?ｃｕｒｉｎｇ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎｏｒｂｏｒｎｅｎｅ??（ａ）?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＰＭＲ－１５；?（ｂ）?Ｃｕｒｉｎｇ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎｏｒｂｏｒｎｅｎｅ??（２）第二代耐３７１?°Ｃ?（７００?°Ｆ）?ＰＩ树脂基体??随着航空航天工业的快速发展，第一代耐３１６°Ｃ?ＰＩ树脂基体己经不足以满足航空??航天工业对材料耐热性的需求。因此各国研究人员以ＰＭＲ－１５树脂为基础，开发出了??第二代ＰＩ树脂基体。如ＮＡＳＡ开发的ＰＭＲ－ＩＴ－５０第二代ＰＩ树脂采用化学稳定性更好??的六氟二酐（６ＦＤＡ）取代了酮基二酐单体４，４＇－ＢＴＤＡ，将具有致癌性的二胺单体ＭＤＡ??改成了刚性更大的对苯二胺（ｐ－ＰＤＡ）单体，使得树脂的耐热性能有所提升，以ＰＭＲ－??１１－５０为基体制备的复合材料的长期使用温度提高到３７
真空袋将复合材料预浸料密封于热压罐中，在罐体内部??施加一定温度和压力的条件下将复合材料固化成型的加工工艺。其特点为：①罐内温??度、压力均匀分布，制备的复合材料树脂分布更均匀；②适用范围更广，几乎满足所有??树脂基复合材料的成型工艺对于温度的要求；③制备的复合材料质量更高，孔隙率低，??机械性能稳定。目前，大部分纤维增强ＰＭＲ型ＰＩ树脂基复合材料均采用热压罐成型??工艺。但是热压罐工艺仍存在一些不足，例如不能用于加工形状复杂的结构件，搭建设??备投入大，成型周期长，成型过程能耗大等图１－９为热压罐成型示意图。??袋封韃合?■■?＼??Ｍ料制件?綱、中?！＞?＼?＼??ｍ?＞?＾?、??ｎ?＾??ｒｎ?，嘴??．??－?ｎ????丨?ｒ－，．ｌｌｒｌｒ，．．．．．．Ｉ，．．．．，??图１－９复合材料热压罐成型示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－９?Ｆｏｒｍｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ａｕｔｏｃｌａｖｅ??（２）热模压成型??热模压成型是一种将适量的树脂或复合材料模压料置入模具中，在加热加压条件??下树脂发生固化交联反应，制备复合材料的一种成型工艺。与热压罐严苛的成型条件??相比，热模压成型工艺相对较为简单。另外，热模压成型具有成型时间短、成本低、可??操作性强的优点，但是也存在复合材料质量不均匀的缺点，热压温度、压力以及时间等??不同都会影响复合材料的产品质量。目前热模压成型常用于短切纤维增强ＰＩ树脂复合??材料的制备，复合材料的模压件被广泛应用于精密机床和石油化工等领域＠－８２】。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]对位芳纶和聚芳酯纤维在高性能绳缆中的应用[J]. 余旷,齐亮. 合成纤维. 2020(03)
[2]超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维表面处理对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面性能的影响机制[J]. 贾彩霞,王乾,任荣,任志磊. 复合材料学报. 2020(03)
[3]高性能玻璃纤维发展研究进展[J]. 高岩立,冀克俭,邓卫华,赵晓刚,李艳玲,刘元俊,邵鸿飞,周彤,华兰. 山东化工. 2020(05)
[4]复合材料树脂传递模塑注胶工艺调控方法与技术[J]. 张国利,张策,史晓平,王志鹏,姜茜. 纺织学报. 2019(12)
[5]热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策[J]. 胡大豹. 科技风. 2019(34)
[6]耐高温聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究及应用[J]. 王倩倩,周燕萍,郑会保,刘运传,王雪蓉,王康,姚凯,肖勇,李军艳,张符. 工程塑料应用. 2019(08)
[7]Foam Forming: An Effective Method to Prepare Polyimide Fiber-based Paper[J]. Shunxi Song,Xiaoli Zhen,Meiyun Zhang,Peiyao Wang,Jiaojun Tan. Paper and Biomaterials. 2019(03)
[8]芳纶纤维纸的制备及应用[J]. 崔广智,姜笃建. 造纸装备及材料. 2019(02)
[9]热固性聚酰亚胺树脂基复合材料的增韧改性研究进展[J]. 杨涛,张朋,董波涛,钟翔屿,李晔,包建文. 航空制造技术. 2019(10)
[10]高强高模聚酰亚胺纤维/改性氰酸酯树脂复合材料制备及性能[J]. 李是卓,卓航,韩恩林,张代军,刘刚,田国峰,包建文,武德珍. 复合材料学报. 2020(01)
博士论文
[1]新型聚酰亚胺树脂基复合材料的制备及性能研究[D]. 耿东兵.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]耐高温聚酰亚胺树脂的合成与性能研究[D]. 赵国富.哈尔滨工程大学 2017
[2]三种碳纤维复合材料孔隙率分析检测的对比研究[D]. 龚楚.南昌航空大学 2016
[3]苯乙炔封端侧基交联型聚酰亚胺的制备与性能研究[D]. 白哲革.吉林大学 2009
本文编号：3613163
【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３?ＰＩ纤维的制备方法??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＰＩ?ｆｉｂｅｒ??１．２．２?ＰＩ纤维的应用??
能够制备得到高品质的碳纤??维增强ＰＩ树脂基复合材料［４９１。??（ａ）??〇??，ＣＯＯＣＨｊ??２?ｉ?Ｖ：?＋?２．０８７?Ｈ，Ｃ〇〇Ｃ?＇「丫ＹＣ〇〇ＣＨ５?＋?３．０８７?明．．．．＜ｆ?价?娜??Ｊ．、Ｃ〇〇Ｈ??Ｒｏｏｍ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?－Ｈ２Ｏ??ｔｏ??２５０°Ｃ?ｌ?－ＣＨｓＯＨ??０?！?°?〇?＿」２．０８７?０??２５０?ｔｏ?３１６?°Ｃ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ??＾?ｂ?Ｌ?Ｏ?ｏＪ?２．０８７?〇??〇４—?一??图１－６?ＰＭＲ－１５树脂的制备流程及降冰片烯基的固化反应（ａ）制备流程；??（ｂ）降冰片烯基的固化反应??Ｆｉｇｕｒｅ?１－６?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＰＭＲ－１５?ｒｅｓｉｎ?ａｎｄ?ｃｕｒｉｎｇ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎｏｒｂｏｒｎｅｎｅ??（ａ）?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＰＭＲ－１５；?（ｂ）?Ｃｕｒｉｎｇ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎｏｒｂｏｒｎｅｎｅ??（２）第二代耐３７１?°Ｃ?（７００?°Ｆ）?ＰＩ树脂基体??随着航空航天工业的快速发展，第一代耐３１６°Ｃ?ＰＩ树脂基体己经不足以满足航空??航天工业对材料耐热性的需求。因此各国研究人员以ＰＭＲ－１５树脂为基础，开发出了??第二代ＰＩ树脂基体。如ＮＡＳＡ开发的ＰＭＲ－ＩＴ－５０第二代ＰＩ树脂采用化学稳定性更好??的六氟二酐（６ＦＤＡ）取代了酮基二酐单体４，４＇－ＢＴＤＡ，将具有致癌性的二胺单体ＭＤＡ??改成了刚性更大的对苯二胺（ｐ－ＰＤＡ）单体，使得树脂的耐热性能有所提升，以ＰＭＲ－??１１－５０为基体制备的复合材料的长期使用温度提高到３７
真空袋将复合材料预浸料密封于热压罐中，在罐体内部??施加一定温度和压力的条件下将复合材料固化成型的加工工艺。其特点为：①罐内温??度、压力均匀分布，制备的复合材料树脂分布更均匀；②适用范围更广，几乎满足所有??树脂基复合材料的成型工艺对于温度的要求；③制备的复合材料质量更高，孔隙率低，??机械性能稳定。目前，大部分纤维增强ＰＭＲ型ＰＩ树脂基复合材料均采用热压罐成型??工艺。但是热压罐工艺仍存在一些不足，例如不能用于加工形状复杂的结构件，搭建设??备投入大，成型周期长，成型过程能耗大等图１－９为热压罐成型示意图。??袋封韃合?■■?＼??Ｍ料制件?綱、中?！＞?＼?＼??ｍ?＞?＾?、??ｎ?＾??ｒｎ?，嘴??．??－?ｎ????丨?ｒ－，．ｌｌｒｌｒ，．．．．．．Ｉ，．．．．，??图１－９复合材料热压罐成型示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－９?Ｆｏｒｍｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ａｕｔｏｃｌａｖｅ??（２）热模压成型??热模压成型是一种将适量的树脂或复合材料模压料置入模具中，在加热加压条件??下树脂发生固化交联反应，制备复合材料的一种成型工艺。与热压罐严苛的成型条件??相比，热模压成型工艺相对较为简单。另外，热模压成型具有成型时间短、成本低、可??操作性强的优点，但是也存在复合材料质量不均匀的缺点，热压温度、压力以及时间等??不同都会影响复合材料的产品质量。目前热模压成型常用于短切纤维增强ＰＩ树脂复合??材料的制备，复合材料的模压件被广泛应用于精密机床和石油化工等领域＠－８２】。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]对位芳纶和聚芳酯纤维在高性能绳缆中的应用[J]. 余旷,齐亮. 合成纤维. 2020(03)
[2]超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维表面处理对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面性能的影响机制[J]. 贾彩霞,王乾,任荣,任志磊. 复合材料学报. 2020(03)
[3]高性能玻璃纤维发展研究进展[J]. 高岩立,冀克俭,邓卫华,赵晓刚,李艳玲,刘元俊,邵鸿飞,周彤,华兰. 山东化工. 2020(05)
[4]复合材料树脂传递模塑注胶工艺调控方法与技术[J]. 张国利,张策,史晓平,王志鹏,姜茜. 纺织学报. 2019(12)
[5]热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策[J]. 胡大豹. 科技风. 2019(34)
[6]耐高温聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究及应用[J]. 王倩倩,周燕萍,郑会保,刘运传,王雪蓉,王康,姚凯,肖勇,李军艳,张符. 工程塑料应用. 2019(08)
[7]Foam Forming: An Effective Method to Prepare Polyimide Fiber-based Paper[J]. Shunxi Song,Xiaoli Zhen,Meiyun Zhang,Peiyao Wang,Jiaojun Tan. Paper and Biomaterials. 2019(03)
[8]芳纶纤维纸的制备及应用[J]. 崔广智,姜笃建. 造纸装备及材料. 2019(02)
[9]热固性聚酰亚胺树脂基复合材料的增韧改性研究进展[J]. 杨涛,张朋,董波涛,钟翔屿,李晔,包建文. 航空制造技术. 2019(10)
[10]高强高模聚酰亚胺纤维/改性氰酸酯树脂复合材料制备及性能[J]. 李是卓,卓航,韩恩林,张代军,刘刚,田国峰,包建文,武德珍. 复合材料学报. 2020(01)
博士论文
[1]新型聚酰亚胺树脂基复合材料的制备及性能研究[D]. 耿东兵.武汉理工大学 2007
硕士论文
[1]耐高温聚酰亚胺树脂的合成与性能研究[D]. 赵国富.哈尔滨工程大学 2017
[2]三种碳纤维复合材料孔隙率分析检测的对比研究[D]. 龚楚.南昌航空大学 2016
[3]苯乙炔封端侧基交联型聚酰亚胺的制备与性能研究[D]. 白哲革.吉林大学 2009
本文编号：3613163
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