CN111100455A - 一种pbo纤维增强树脂基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PBO纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，该方法以PBO高强高模纤维为增强材料，以聚酰亚胺树脂为基体，先以经过改性的苯基酰亚胺硅烷作为偶联剂对PBO纤维进行表面改性，再通过PBO纤维与聚酰亚胺树脂模压成型，得到PBO纤维增强树脂基复合材料。采用该方法制备的复合材料具有轻质、耐高温、高强度、高模量的性能特点。
Description
技术领域
本发明属于新材料制备领域，具体涉及一种PBO纤维增强树脂基复合材料及其制备方法。
背景技术
树脂基复合材料是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料。树脂基体在树脂基复合材料中起到粘结剂的作用，聚酰亚胺是稳定性最高的热固性树脂之一，具有很好的耐磨性和透波性，但其力学性能还远远达不到航空航天领域的要求。增强材料是树脂基复合材料中提供强度和模量的部分。高性能PBO纤维拉伸强度达到5.8GPa，模量达到280GPa，极限氧指数68％，热分解温度达到650℃，其具有的超高强度和模量，以及优异的耐高温和阻燃性能，在航空航天领域具有重要应用价值。采用PBO纤维增强的方法能有效改善其力学性能和耐热性能，从而拓展其应用范围。PBO纤维增强树脂基复合材料可广泛应用于军事、国防、航空航天以及民用高科技领域。
由于PBO纤维表面基团活性差，表面光滑，具有反应惰性，与树脂基体粘结性差，导致PBO纤维在复合材料领域应用受限。近年来有研究认为，PBO增强基与树脂基分别属于不同的相，两种材料之间产生边界表面，因此增强基与树脂基体界面之间必须适度紧密结合，才能符合材料使用性能要求。同时，由于PBO的应用领域主要是在航空航天的高温条件下，因此对偶联剂的耐热性能也提出了更高的要求。
发明内容
针对上述航空航天高温条件下对树脂基复合材料的性能要求，本发明的目的是提供一种PBO纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，采用该方法制备的复合材料其耐高温性能得到了很大程度提升。
本发明提供了一种PBO纤维增强树脂基复合材料及其制备方法。本发明所述的PBO纤维增强树脂基复合材料，由包括以下重量配比的原料制备而成：
基体 70％～60％
增强材料 30％～40％
偶联剂 为增强材料的2～3％
其中，所述的基体为聚酰亚胺树脂，所述的增强材料为PBO纤维，所述的偶联剂为经过改性的苯基酰亚胺硅烷，所述的经过改性的苯基酰亚胺硅烷偶联剂，是通过加入占比偶联剂质量分数为5～6％的氧化镁乙醇溶剂实现改性的，其中，氧化镁乙醇溶液浓度为8～10％。
本发明所述的PBO纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将PBO纤维在350℃～550℃的条件下进行热处理，热处理时间为15～20s；
(2)采用经过改性的苯基酰亚胺硅烷偶联剂对步骤(1)热处理后的纤维进行表面涂覆处理；
(3)按比例将PBO纤维与聚酰亚胺树脂进行浸胶2～4小时；
(4)将浸胶后的混合材料放入磨具中热压成型，保持热压温度100℃～200℃，热压压力为0.8MPa～2.0MPa，热压时间为2～5小时，冷却后获得PBO纤维增强树脂基复合材料。
本发明的优点在于，与其他制备方法相比：(1)本发明采用经过高温热处理的PBO纤维，具有更高的模量特性；(2)采用改性的苯基酰亚胺硅烷作为偶联剂，可改善偶联剂的耐高温性能；(3)与使用化学法、电晕法、以及辐射法对纤维表面改性相比，偶联剂法不损伤纤维力学性能；(4)采用本方法制备的PBO纤维增强树脂基复合材料，其耐高温性能得到了很大程度提升。
附图说明
图1为采用本发明所述方法制备的复合材料与传统方法制备的复合材料热重实验测量结果对比图。
具体实施方式
本发明通过具体实施例作进一步说明。应该理解，这些实施例仅用于说明目的，而不用于限制本发明范围。
实施例1：
将PBO纤维在350℃进行热处理15s，热处理后的纤维进行偶联剂表面改性，将30％的PBO纤维在70％的聚酰亚胺预浸胶中预浸胶2小时，预浸胶完成后将材料放入磨具中热压成型，热压压力0.8MPa。热压条件为热压温度100℃，热压压力1.0MPa，热压时间2小时。制得PBO纤维增强树脂基复合材料。
实施例2：
将PBO纤维在550℃进行热处理18s，热处理后的纤维进行偶联剂表面改性，将30％的PBO纤维在70％的聚酰亚胺预浸胶中预浸胶3小时，预浸胶完成后将材料放入磨具中热压成型，热压压力1.0MPa。热压条件为热压温度150℃，热压压力1.5MPa，热压时间3小时。制得PBO纤维增强树脂基复合材料。
实施例3：
将PBO纤维在450℃进行热处理20s，热处理后的纤维进行偶联剂表面改性，将40％的PBO纤维在60％的聚酰亚胺预浸胶中预浸胶4小时，预浸胶完成后将材料放入磨具中热压成型，热压压力2.0MPa。热压条件为热压温度200℃，热压压力2.0MPa，热压时间4小时。制得PBO纤维增强树脂基复合材料。
实施例4：
将PBO纤维在500℃进行热处理20s，热处理后的纤维进行偶联剂表面改性，将35％的PBO纤维在65％的聚酰亚胺预浸胶中预浸胶4小时，预浸胶完成后将材料放入磨具中热压成型，热压压力2.0MPa。热压条件为热压温度200℃，热压压力0.8MPa，热压时间5小时。制得PBO纤维增强树脂基复合材料。
复合材料性能测试
通过对几种发明方法制备的复合材料进行热重分析，结果如图1所示：采用初生纤维PBO纤维制备的复合材料5％热分解温度为550℃，采用未改性偶联剂制备的复合材料5％热分解温度为575℃，通过本发明制备的复合材料5％热分解温度达到598℃，表明该方法制备的PBO聚酰亚胺复合材料具有出色的耐高温性能。
Claims (6)
1.一种PBO纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，由包括以下重量配比的原料制备而成：
基体 70％～60％
增强材料 30％～40％
偶联剂 为增强材料的2～3％
其中，所述的基体为聚酰亚胺树脂，所述的增强材料为PBO纤维，所述的偶联剂为经过改性的苯基酰亚胺硅烷。
2.根据权利要求1所述的PBO纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述的经过改性的苯基酰亚胺硅烷偶联剂，是通过加入占比偶联剂质量分数为5～6％的氧化镁乙醇溶剂实现改性的，其中，氧化镁乙醇溶液浓度为8～10％。
3.一种如权利要求1所述的PBO纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)首先将PBO纤维进行热处理；
(2)采用经过改性的苯基酰亚胺硅烷偶联剂对步骤(1)热处理后的纤维进行表面涂覆处理；
(3)按比例将PBO纤维与聚酰亚胺树脂进行浸胶处理；
(4)将浸胶后的混合材料放入磨具中热压成型，冷却后获得PBO纤维增强树脂基复合材料。
4.根据权利要求3所述的PBO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，所述的热处理的温度范围为350℃～550℃，热处理时间为15～20s。
5.根据权利要求3所述的PBO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，所述的浸胶处理时间为2～4小时。
6.根据权利要求3所述的PBO纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的热压成型过程中，保持热压温度为100℃～200℃，热压压力为0.8MPa～2.0MPa，热压时间为2～5小时。
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