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碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料最大的功臣竟是它？

2016-05-20 14:04:40 作者：本網(wǎng)整理來源：中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng) 分享至：

　　由于突出的熱穩(wěn)定性，聚酰亞胺常用于制備碳材料和石墨材料，如高度結(jié)晶的石墨薄膜，碳納米纖維，納孔碳膜，碳泡沫等。因此在航天、航空、空間、微電子、精密機(jī)械、醫(yī)療器械等許多高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價(jià)值。

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　　聚酰亞胺（Polyimide, PI）是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)（-CO-NH-CO-）的一類聚合物。聚酰亞胺具有優(yōu)異的性能。芳香族聚酰亞胺材料具有優(yōu)異的耐高溫、耐低溫、高強(qiáng)高模、高抗蠕變、高尺寸穩(wěn)定、低熱膨脹系數(shù)、高電絕緣、低介電常數(shù)與損耗、耐輻射、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn), 同時(shí)具有真空揮發(fā)份低、揮發(fā)可凝物少等空間材料的特點(diǎn), 可加工成聚酰亞胺薄膜、耐高溫工程塑料、復(fù)合材料用基體樹脂、耐高溫粘結(jié)劑、纖維和泡沫等多種材料形式。

　　聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂被認(rèn)為是碳纖維增強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的三大樹脂基體, 是目前耐熱等級(jí)(長期使用溫度>300 ℃, 短期使用溫度>500 ℃)最高的樹脂基體(環(huán)氧樹脂:<200 ℃;雙馬來酰亞胺樹脂:<250 ℃), 與碳纖維復(fù)合制備的碳纖維/聚酰亞胺樹脂復(fù)合材料具有輕質(zhì)(比重<1.8g/cm3)、高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐低溫等特點(diǎn), 在航天航空等高技術(shù)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但是, 聚酰亞胺樹脂由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的高度剛性,存在著既難溶又難熔, 不易加工成型等缺點(diǎn);因此, 從材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始, 通過調(diào)控材料的化學(xué)結(jié)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)材料既具有高耐溫、高強(qiáng)韌等優(yōu)異的綜合性能, 又具有優(yōu)良的成型工藝性能, 一直是聚酰亞胺樹脂領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　現(xiàn)如今耐高溫聚酰亞胺樹脂大致分為三代：

　　第一代耐316 ℃(600 ℉)的聚酰亞胺樹脂基體是一種熱固性PMR 型聚酰亞胺樹脂, 由芳香族二酸二酯、芳香族二胺與反應(yīng)性封端劑在低沸點(diǎn)醇類溶劑中反應(yīng)而成的高固體含量、低粘度的溶液樹脂, 與多種碳纖維(T-300 、T-700 、C6000 、IM5 、UT500 等)具有優(yōu)良的浸漬性能, 可制備高品質(zhì)的KH-304/碳纖維預(yù)浸料。KH-304/碳纖維預(yù)浸料可以采用反應(yīng)性熱模壓成型工藝或反應(yīng)性熱壓罐成型工藝制備耐高溫碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料層壓板或制件。

　　第二代耐371 ℃(700 ℉)的聚酰亞胺樹脂基體在國家“九五”計(jì)劃支持下, 研制成功耐371 ℃(700 ℉)聚酰亞胺樹脂基體, 主要包括KH-370系列產(chǎn)品型號(hào)。KH-370 樹脂具有優(yōu)良的綜合性能, 樹脂產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)固體含量為50 ±2 %, 25 ℃的旋轉(zhuǎn)粘度為200 ～ 250mPa·s , 室溫下的儲(chǔ)存期為2 個(gè)月, 0 ～ 4 ℃下為6 個(gè)月。與多種碳纖維(T-300 、T-700 、C6000 、IM5 、U T500 等)具有良好的浸漬性能, 可以制備成高品質(zhì)的碳纖維預(yù)浸料。

　　第三代耐426 ℃(800 ℉)聚酰亞胺樹脂基體為滿足航天、航空飛行器超音速化、輕量化、高機(jī)動(dòng)化對(duì)復(fù)合材料提出的高溫、高強(qiáng)、高韌的迫切需求, 在耐371 ℃(700 ℉)聚酰亞胺樹脂基體的基礎(chǔ)上, 近年來開展了耐426 ℉(800℉)基體樹脂的研制工作, 取得了令人滿意的結(jié)果。研制的耐427 ℃聚酰亞胺樹脂基體(KH-400系列)對(duì)碳纖維具有良好的浸潤性, 可以制成高品質(zhì)的碳纖維預(yù)浸料(帶或布)。經(jīng)反應(yīng)性熱模壓成型工藝制備的KH-400/碳纖維層壓復(fù)合材料室溫下復(fù)合材料在室溫下的彎曲模量>1400MPa , 彎曲模量>100GPa ;在450 ℃高溫下的彎曲強(qiáng)度>800MPa , 彎曲模量>80GPa。

　　耐高溫聚酰亞胺材料由于其具有可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，因此最有可能在未來產(chǎn)生突破。其中乙炔基、苯乙炔基封端的聚酰亞胺樹脂由于其熱穩(wěn)定性好、加工窗口寬以及沒有小分子逸出等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到廣大研究者的青睞，期望研制出耐更高溫度的聚酰亞胺樹脂及其復(fù)合材料。

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