[發明專利]一種芳砜綸基碳纖維增強復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410432068.7
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104177827A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 汪曉峰;陳晟暉;陸順興;劉立起;俞鳴明;馮彬;任慕蘇;孫晉良
• 申請（專利權）人: 上海特安綸纖維有限公司;上海大學
• 主分類號: C08L77/10
• 分類號: C08L77/10;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/06;C08J5/06
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 劉鋒;黃小棟

技術領域

本發明涉及機械制件材料技術領域，具體涉及一種復合材料及其制備方法，尤其涉及一種芳砜綸基碳纖維增強復合材料及制備方法。?

背景技術

隨著時下經濟的飛速發展，各行各業對材料的要求越來越高，各種新型材料應運而生，而復合材料正是其中之一。碳纖維中碳元素質量分數占90％以上，碳原子間的結合方式不同，從而會形成不同的微觀結構的物質。碳纖維在加熱到350℃以上時就會發生不同程度的氧化，然而空氣隔絕的環境中加熱至380℃以上的高溫后會發生升華，不會經歷液態的形式，所以它不能像一般有機合成纖維那樣在焰融狀態進行紡絲制造，碳纖維的一般則是使用有機纖維的固相碳化或是低分子烴類氣相熱解生長來制造根據制備碳纖維的原料可分為灑青基碳纖維、聚丙稀基(PAN)碳纖維、纖維素基碳纖維等。碳纖維一般很少作為一種單一材料而進入應用領域，它多是作為金屬、樹脂、混凝土等材料的增強材料，具有密度小、比強度高、比模量高、熱膨脹系數小、電導率髙、電磁屏蔽性、耐疲勞、耐腐燭和耐燒燭等諸多優點。?

樹脂基復合材料是由有機聚合物為基體的纖維增強材料。高性能樹脂基復合材料目前通常采用有機樹脂粉末或漿液預先制成膠膜，經與增強纖維覆合后，制成預浸料。然后，根據材料性能要求，進行鋪層設計，在一定條件下，將有機樹脂與增強纖維復合，成型，制成復合材料。也有少量報道采用纖維直接混合的方法制備復合材料，如：日本卡基集團與日本工業纖維大學聯合報道了將聚酰胺纖維與碳纖維進行編織后，采用加熱擠出的方法，使聚酰胺纖維完全熔融，與碳纖維復合，制備碳纖維增強聚酰胺樹脂復合材料。相較于傳統的制備方法，后者省略了樹脂與纖維復合的工藝步驟，簡化了制備工藝，是一種新型的復合材料制備方法。?

芳砜綸(PSA)，其化學名稱為對苯二甲酰3,3′,4,4′二氨基-二苯砜共聚纖維，亦稱聚芳砜酰胺纖維，其分子結構為：?

芳砜綸是我國具有自主知識產權的高性能纖維產品，具有優異的耐熱性能(可在250℃下穩定地使用，短時間使用溫度可達300℃)、電絕緣性能、耐腐蝕、難燃性和良好的尺寸穩定性等特點，已經應用在濾料、防熱材料、消防、防電弧服等領域。另外，由于芳砜綸具有優良的力學性能，可作為復合材料的骨架材料，目前由芳砜綸增強的樹脂基復合材料已用于機械、航空、航天等高科技領域。然而，采用熱壓工藝將芳砜綸制備成熱壓材料在國內尚無報道，也未見相關產品。?

利用芳砜綸制備的熱壓材料是一種具有廣闊應用前景的新型材料。研制芳砜綸熱壓材料將有效推動“以塑代鋼”，對材料輕量化有積極推動作用。因此，研制芳砜綸熱壓材料是具有學術價值和實際應用價值的。?

目前,聚砜酰胺樹脂經紡絲成型后制成各種纖維制品，已被廣泛應用于航空、航天和國防軍工等高科技領域。芳砜綸由于其自身結構，具有優異的耐熱和阻燃特性，以及與其他材料良好相容性等特點，若能通過壓制等成型工藝，制成各種不同功用的制件，必能賦予各種制件優異的性能，不僅能大大有助于國防建設，且有望在機械制備行業得以廣泛應用。目前國內尚無芳砜綸熱壓件的制造能力，迫切需要加大在此方面投入，打破國際技術壁壘，快速提升加工制造能力，滿足國民經濟和軍工裝備相關要求。?

短纖維增強體在基體中離散分布，呈各向同性，短碳纖維在芳砜綸基體中的增強機理主要是利用界面載荷傳遞效應以及熱失配導致位錯密度增加而使材料所能承受的應力增加。在短纖維增強芳砜綸基復合材料中，由于芳砜綸纖維與碳纖維之間的熱應力，引起碳纖維晶粒細化，使復合材料進一步強化。采用熱壓工藝對芳砜綸進行二次成型，制備一種新型的高性能工程塑料，能豐富芳砜綸下游產品，拓寬其應用領域，具有廣闊應用前景。?

發明內容

一種芳砜綸基碳纖維增強復合材料，由下述原料按質量百分比組成：芳砜綸短切纖維70-90％，短切碳纖維10-30％。?

所述芳砜綸短切纖維長度為4-8mm，短切碳纖維長度為4-8mm。?

一種芳砜綸基碳纖維增強復合材料的制備方法，由下述步驟組成：(1)將芳砜綸短切纖維和短切碳纖維在預處理劑中進行超聲，水洗，烘干；(2)熱壓成型。?

優選地，?

所述步驟(1)中，預處理劑為二甲基乙酰胺、氮-甲基吡咯烷酮和水中的一種或其混合。進一步地，所述預處理劑為二甲基乙酰胺、氮-甲基吡咯烷酮和水體積比為(1-3)：(2-6)：(10-20)的混合溶液。?

所述步驟(1)中，超聲時間為20-60min，烘干溫度為180-220℃。?