[發明專利]非連續聚酰亞胺長纖增強熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810557533.8
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108948735A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 汪曉東;韓恩林;武德珍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: C08L77/02
• 分類號: C08L77/02;C08L77/06;C08L69/00;C08L67/02;C08L55/02;C08L79/08;C08J5/06
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本發明公開了非連續聚酰亞胺長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法。該復合材料的組份及質量分數為：熱塑性樹脂70.0～90.0wt.％，聚酰亞胺長纖維29.0～9.0wt.％，光穩定劑0.1～0.2wt.％，抗氧化劑0.1～0.2wt.％，潤滑劑0.2～0.8wt.％。該復合材料通過熔融拉擠方法制備成長度為10±0.2mm或25±0.5mm的長條狀粒料，分別應用于注射和模壓成型。本發明技術所制備復合材料具有綜合力學性能優異、輕量化效果好的特點，特別適用于對強度和輕量化要求高的無人機、大飛機等航空器零部件的制造。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，特別是涉及非連續聚酰亞胺長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法。

背景技術

高性能輕量化復合材料的開發是當前復合材料制造領域中最重要的發展方向之一。利用輕質無機纖維增強復合技術所開發的輕量化高性能樹脂基復合材料可替代鋼鐵及鋁鎂合金材料廣泛應用于工程及結構制件的生產制造，由此開發出來的產品已經廣泛應用于汽車、軌道交通、船舶、航空航天及國防軍工領域，成為國家經濟發展重要的重要支柱性材料。纖維增強塑料是制造高性能輕量化復合材料的常規手段，利用傳統無機纖維如玻璃纖維、碳纖維及玄武巖纖維增強有機樹脂基復合材料具有優異的拉伸性能、彎曲性能和高剛性；而且這些無機剛性纖維的引入還會造成復合材料韌性的損失，難以實現力學性能的全面提升。由于這些無機纖維本身密度較大，其輕量化效果雖然適用于普通工業及民用領域，在重要的航空航天及國防軍工等對輕量化要求極高的制造領域如無人機、特種航空器等，上述無機纖維增強樹脂基復合材料仍然難以適用。因此，開發性能更高、輕量化效果更好的新型復合材料成為新材料領域重要的研究開發課題。

聚酰亞胺(PI)纖維是近年來迅速發展起來的高性能人工合成纖維，其中特別為增強復合材料專門開發的高強高模PI纖維，其強度超過了3.5GPa、模量達到140GPa，其纖維強度指標完全達到T300型碳纖維水平。然而PI纖維的密度僅1.34g/cm³，具有明顯的輕質優勢，將其應用于樹脂基復合材料的增強不但可有效提高材料的拉伸強度和沖擊斷裂韌性，還能使增強塑料密度明顯低于傳統無機纖維增強樹脂基復合材料，因此，PI纖維未來將在高性能輕量化樹脂基復合材料制造領域扮演關鍵的角色。

傳統無機纖維增強熱塑性復合材料的增強模式多為短纖維增強，但是短纖維增強技術在加工過程中，纖維在擠出機中與樹脂混煉時，由于螺桿的剪切作用，纖維會受到很大的損傷，所得粒料中纖維殘余長度僅有0.2～1mm，而經過注塑所得制品中纖維的殘留長度會更短，這樣，由于纖維殘留長度的降低會大大影響復合材料的機械性能，因而其應用也受到了限制。而長纖維增強技術加工過程中采用纖維在熔體中浸漬的方法，可以最大程度的保留纖維在基體中的長度，從而可以進一步提高增強型熱塑性樹脂基復合材料的機械性能以適應更高的使用要求。已公開的制備長纖維增強型熱塑性樹脂基復合材料的發明專利充分表明了這一結論，如中國專利CN 1775515A，該專利公布了運用熔融拉擠技術將尼龍66熔體與玻璃纖維或碳纖維進行復合，所制備的長纖維增強熱塑性復合材料增強效果遠高于傳統短切纖維的增強效果。在另一中國專利CN102675740A中，公開了一種用于小型風能發電機上的熱塑性復合材料葉片，主要由長纖維增強熱塑性復合材料制成，該復合材料中纖維含量為32～75wt.％，纖維保留長度為2.8～25mm，并且可形成相互纏結的三維網狀結構，使制品具有較高的沖擊性能。另外，產品還具有生產工藝簡單，成本低，使用壽命長等顯著的優良性能。

發明內容

本發明所要解決的問題是傳統無機纖維增強熱塑性樹脂基復合材料在增強強度、韌性及輕量化效果上存在的不足，運用連續長纖維熔融拉擠技術，制備出非連續聚酰亞胺長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料。該復合材料具有拉伸強度高、抗沖擊性能優異、輕量化效果更顯著的優勢。該復合材料可采用通過加工設備制備，且生產工藝簡單、操作相對容易、生產效率較高。

本發明通過下述技術方案實現：非連續聚酰亞胺長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的組成和配比如下：