CN103525087A - 一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域，其特征在于，复合材料中增强纤维为聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO纤维），树脂为聚亚酰胺树脂，包括PBO纤维的预处理、PBO纤维预浸胶和模压成型，得到PBO增强的树脂基复合材料。采用该方法，生产成本低，工艺简单，制备的复合材料强度高，耐热性好。

Description

一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。具体地说是涉及一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO纤维）增强树脂基复合材料的制备方法。
背景技术
聚苯撑苯并二噁唑纤维（简称PBO纤维）是由有机芳环组成的刚性棒状液晶高分子，PBO纤维具有低密度、高强高模以及极高的耐热和化学稳定性等综合性能，被称为二十一世纪超级有机纤维，在航空航天、高技术装备等很多领域有广阔的应用前景。
PBO纺丝液主要由溶剂多聚磷酸和聚合物PBO组成。纺丝液中聚合物的浓度主要受到聚合物溶解度和纺丝液粘度等实际因素的限制。只有当聚合物浓度高于形成液晶态所需的临界浓度，使其处于液晶态下进行纺丝，并且在较高的拉伸比下，才能获得大分子链伸展度高、有序结构尺寸较大的PBO纤维。
PBO通常是采用PPA 为溶剂的干喷湿纺工艺进行液晶纺丝的。目前PBO聚合物的主要制备方法为预聚合和后聚合相结合的方法。在预聚合釜中按配比加入多聚磷酸、五氧化二磷、4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐和对苯二甲酸，在一定温度下，脱除氯化氢气体后，逐步升温至160~180℃，反应12~24小时后，将预聚物料转移至双螺杆反应器进行后聚合，得到符合要求的PBO纺丝原液。由计量泵定量输送到纺丝组件。PBO聚合物的质量分数为10~20%的PPA纺丝液于150~200℃经喷丝板挤出（喷丝孔直径为0.15~0.30mm），通过50cm~300cm气隙层拉伸后进入凝固浴，拉伸比控制在10~50，经100~300米左右的洗程，40～50℃水洗温度下漂洗，干燥后得到PBO原丝（AS），在550~650℃进行热处理则得到高模PBO纤维（HM）。
由于PBO纤维特殊的刚性分子结构，PBO纤维具有轻质、高强度、高模量、耐高温和耐环境稳定性好等优点，是当前公认的最佳综合性能和最有发展潜力的高分子特种纤维材料。目前PBO纤维主要作为高强增强材料用于航空、航天、航海等领域，也可用于桥梁、隧道等复合增强，消防、炼钢等耐高温防护服，以及帆船缆绳、网球拍等工业和民用行业。
本发明提出的一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法得到的复合材料既是材料，又是结构，还可以直接热压成产品；生产成本低，工艺简单，制备的复合材料强度高；由本发明制备的PBO纤维增强复合材料作为高强增强材料，可广泛用于航空、航天、航海等领域，也可用于桥梁、隧道等需要结构增强的领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法。在本发明范围中，本发明的上述各技术特征和在下文(如具体实施方式)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法。
技术方案如下。
一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，复合材料中增强纤维为聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO纤维），树脂为聚亚酰胺树脂，制备方法包含以下步骤。
（1）PBO纤维的预处理
PBO纤维预浸胶前，在一定条件下，对PBO纤维进行电晕预处理。
（2）PBO纤维预浸胶
将上述经过电晕处理的PBO纤维在一定质量百分数聚亚酰胺树脂中浸胶排沙。
（3）模压成型
将步骤（2）中预浸胶排纱后的PBO纤维切割成预浸纤维板，放入模具中热压成型，在一定热压条件下制成聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料。
步骤（1）中所述的一定条件是，电晕时间为0.5～2秒，电晕功率为3～5千瓦。
步骤（2）中所述一定质量百分数聚亚酰胺树脂的质量百分数为40～60%。 
  步骤（3）中所述的一定热压条件是，热压温度为160～220℃，热压压力为：0.5～1.0Mpa，保压时间为1～5小时。
具体实施方式
实施例1。
   PBO纤维的预处理：采用连续电晕处理方式，电晕处理时间为2秒，电晕处理功率为3千瓦；处理完成后在3小时内进行预浸胶排纱，预浸胶为40％的聚酰亚胺，预浸胶后待溶剂挥发后取下，切割成15mm×25mm的预浸纤维板，放入模具中热压成型。热压方式为：160℃，1小时，压力为0.5Mpa；180℃，1小时，压力为1Mpa；200℃，1小时，压力为2Mpa；220℃，4小时，压力3Mpa。热压时每到整数Mpa压力时泄掉压力并立刻升到泄前压力；升温时由于热胀压力会上升，需适当调整。
    将热压后得到的PBO增强复合材料，按国标JC/T773－1996和GB/T 3356-1999切割成标准试样进行层间剪切力、弯曲强度和弯曲模量的测试，得到实施例1制得的热压PBO增强复合材料的层间剪切强度为33.5Mpa、弯曲强度为501.8Mpa和弯曲模量为49.6Gpa。
实施例2。
   PBO纤维的预处理：采用连续电晕处理方式，电晕处理时间为0.5秒，电晕处理功率为5千瓦；处理完成后在3小时内进行预浸胶排纱，预浸胶为50％的聚酰亚胺，预浸胶后待溶剂挥发后取下，切割成15mm×25mm的预浸纤维板，放入模具中热压成型。热压方式为： 180℃，1小时，压力为1Mpa；200℃，1小时，压力为2Mpa；220℃，3小时，压力3.5Mpa。热压时每到整数Mpa压力时泄掉压力并立刻升到泄前压力；升温时由于热胀压力会上升，需适当调整。
    将热压后得到的PBO增强复合材料，按国标JC/T773－1996和GB/T 3356-1999切割成标准试样进行层间剪切力、弯曲强度和弯曲模量的测试，得到实施例1制得的热压PBO增强复合材料的层间剪切强度为32.3Mpa、弯曲强度为497Mpa和弯曲模量为50.8Gpa。

Claims (4)

1.一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，复合材料中增强纤维为聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO纤维），树脂为聚亚酰胺树脂，制备方法包含以下步骤：
（1）PBO纤维的预处理
PBO纤维预浸胶前，在一定条件下，对PBO纤维进行电晕预处理；
（2）PBO纤维预浸胶
将步骤（1）中经过电晕处理的PBO纤维在一定质量百分数聚亚酰胺树脂中浸胶排沙；
（3）模压成型
将步骤（2）中预浸胶排纱后的PBO纤维切割成预浸纤维板，放入模具中热压成型，在一定热压条件下制成聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的一定条件是，电晕时间为0.5～2秒，电晕功率为3～5千瓦。
3.根据权利要求1所述的一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述一定质量百分数聚亚酰胺树脂的质量百分数为40～60%。
4.根据权利要求1所述的一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的一定热压条件是，热压温度为160～220℃，热压压力为：0.5～1.0Mpa，保压时间为1～5小时。
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