CN1207340C - 芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法，首先将芳纶纤维进行表面改性处理以提高纤维表面活性，采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为300～500kGy，然后将经过上述表面处理的芳纶纤维，与加成型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨混合，在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，气流粉碎的压缩空气压力为4～6MPa，然后经过热压模塑成型，热压温度为200℃～240℃，时间为0.5～1小时，压力为16～23MPa。经过上述工艺制得的芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料具有优良的力学性能和摩擦学性能，可用于航空航天领域的复合材料结构件和摩擦件。
Description
技术领域：
本发明涉及一种新型复合材料及其制备方法，尤其涉及一种芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法，属于新材料制备技术领域。
背景技术：
聚酰亚胺是一类主链上含酰亚胺基团的有机高分子，具有优异的热稳定性、高真空、抗辐照和低摩擦磨损等优点。聚酰亚胺作为自润滑耐磨材料应用于航天等领域的摩擦系统中，日益受到国防军事及尖端技术部门的极大重视。其中，加成型聚酰亚胺(API)具有优良的加工性能和突出的热氧化稳定性能，但是在单独使用时耐磨性能差，所以，在基体中加入各种填料制成聚酰亚胺复合材料构件，是其在摩擦学领域应用的主要形式之一。填料的性质、尺寸和含量影响着复合材料的力学性能和摩擦学性能。当填料含量相同时，纤维状填料对复合材料摩擦学性能的改善作用最明显。
芳纶纤维是一种高性能的有机纤维，不但具有超高强、超高模量、耐高温和比重轻等特性，而且还具有良好的抗冲击和耐疲劳性能、良好的介电性、化学稳定性、低膨胀、低导热等特点，因此，芳纶纤维可以用来增强聚酰亚胺，提高复合材料的力学性能和摩擦学性能。
CN1080298A公开了一种热塑性聚酰亚胺复合材料及其制备方法，采用原位聚合方法制备连续纤维增强聚酰亚胺复合材料，采用的聚酰亚胺为热塑性，成型比较复杂，比较适合于复合材料板材的生产，而不太适合生产形状比较复杂的承力结构件或者摩擦件。
CN1339536A公开了一种短切纤维增强聚酰亚胺模塑料及其制备方法，采用的短切纤维是碳纤维、玻璃纤维、石墨纤维中的一种，采用两条高温基膜单面涂胶，在涂胶层加入上述短纤维，最后去除基膜，得到模塑料。这种方法只适合制作板材，比较薄，而且成型工艺比较复杂，也不适合制作形状比较复杂的构件。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法，工艺简单可行，制备的材料适合用于结构材料和摩擦材料，满足航空、航天部门对复合材料结构件和摩擦件的性能要求。
为实现这样的目的，本发明采用短切芳纶纤维、加成型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、以及少量的石墨等原料，采用干式气流粉碎共混和热压模塑成型工艺，制备芳纶/聚酰亚胺复合材料。
本发明的芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料原料组成重量百分比为：
加成型聚酰亚胺模塑粉：60～80％
长度为3～15mm短切芳纶纤维：15～30％
聚四氟乙烯：2.5～10％
石墨：2.5～5％
本发明的复合材料制备方法具体为：首先将芳纶纤维进行表面处理以提高纤维表面活性，采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为300～500kGy，然后将经过上述表面处理的芳纶纤维，与加成型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨混合，在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，气流粉碎的压缩空气压力为4～6MPa，然后经过热压模塑成型，热压温度为200℃～240℃，时间为0.5～1小时，压力为16～23MPa。
本发明采用的芳纶纤维包括美国杜邦公司的Kevlar系列纤维、荷兰的AKZO公司的Twaron系列纤维、俄罗斯的Terlon纤维、APMOC系列纤维、国产的芳纶1414、F-12等短切芳纶纤维。聚酰亚胺为加成型聚酰亚胺模塑粉，如：PMR-15、Kerimid等。
本发明对芳纶纤维进行表面处理时也可以采用其他表面处理方法，如：等离子体处理，化学接枝等。
本发明的工艺简单，制得的复合材料具有优良的力学性能和摩擦学性能，可以应用于各种轴承、齿轮、密封件以及承力结构件的制造，特别适合应用于航空、航天领域的复合材料结构件和摩擦件。
具体实施方式：
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1：
制备芳纶/聚酰亚胺复合材料组分重量百分比为：F-12短切芳纶纤维(长度为15mm左右)：30％，PMR-15聚酰亚胺模塑粉：65％，聚四氟乙烯2.5％，石墨2.5％。
首先采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为300kGy，然后同聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，压缩空气压力为4MPa，然后经过热压模塑成型，温度为200℃，时间为1小时，压力为23MPa。
根据GB1446-83标准测试复合材料的拉伸强度为58.4MPa。
实施例2
为了测试复合材料的摩擦学性能，调整复合材料的原料配比，加大聚四氟乙烯组分和石墨组分，重量百分比如下：短切Kevlar纤维(长度3mm左右)：20％，PMR-15聚酰亚胺模塑粉：70％，聚四氟乙烯：5％，石墨：5％。
首先采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为400kGy，然后同聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，压缩空气压力为5MPa，然后经过热压模塑成型，温度为220℃，时间为40分钟，压力为20MPa。
成型后经过机械加工制成Φ5mm×18mm聚酰亚胺复合材料的栓试样，在玄武三号栓盘式高温摩擦磨损试验机上测定材料的摩擦学性能：其稳定摩擦系数在0.2左右，磨损率为1.2×10-14m3(Nm)-1。
实施例3
原料组分重量百分比为：APMOC短切芳纶纤维(长度为10mm左右)：15％，PMR-15聚酰亚胺模塑粉：80％，聚四氟乙烯2.5％，石墨2.5％。
首先采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为500kGy，然后同聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，压缩空气压力为6MPa，然后经过热压模塑成型，温度为240℃，时间为0.5小时，压力为16MPa。
GB1449-83标准测试其弯曲强度，结果为70.2Mpa。
Claims (1)
1、一种芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于首先将长度为3～15mm、重量百分比为15～30％的短切芳纶纤维进行表面处理以提高纤维表面活性，采用γ-射线在氮气环境下对芳纶纤维进行辐照，辐照剂量为300～500kGy，然后将经过上述表面处理的芳纶纤维与重量百分比为60～80％的聚酰亚胺模塑粉、2.5～10％的聚四氟乙烯、2.5～5％的石墨在气流粉碎机中进行气流粉碎共混，压缩空气压力为4～6MPa，最后经过热压模塑成型，热压温度为200℃～240℃，时间为0.5～1小时，压力为16～23MPa。
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