[發明專利]一種PBO纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811249046.1
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN111100455A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 許進;沈偉;林雪梅;周剛;楊優霞
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化上海石油化工股份有限公司
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08J5/06
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明公開了一種PBO纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法，該方法以PBO高強高模纖維為增強材料，以聚酰亞胺樹脂為基體，先以經過改性的苯基酰亞胺硅烷作為偶聯劑對PBO纖維進行表面改性，再通過PBO纖維與聚酰亞胺樹脂模壓成型，得到PBO纖維增強樹脂基復合材料。采用該方法制備的復合材料具有輕質、耐高溫、高強度、高模量的性能特點。

技術領域

本發明屬于新材料制備領域，具體涉及一種PBO纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法。

背景技術

樹脂基復合材料是由以有機聚合物為基體的纖維增強材料。樹脂基體在樹脂基復合材料中起到粘結劑的作用，聚酰亞胺是穩定性最高的熱固性樹脂之一，具有很好的耐磨性和透波性，但其力學性能還遠遠達不到航空航天領域的要求。增強材料是樹脂基復合材料中提供強度和模量的部分。高性能PBO纖維拉伸強度達到5.8GPa，模量達到280GPa，極限氧指數68％，熱分解溫度達到650℃，其具有的超高強度和模量，以及優異的耐高溫和阻燃性能，在航空航天領域具有重要應用價值。采用PBO纖維增強的方法能有效改善其力學性能和耐熱性能，從而拓展其應用范圍。PBO纖維增強樹脂基復合材料可廣泛應用于軍事、國防、航空航天以及民用高科技領域。

由于PBO纖維表面基團活性差，表面光滑，具有反應惰性，與樹脂基體粘結性差，導致PBO纖維在復合材料領域應用受限。近年來有研究認為，PBO增強基與樹脂基分別屬于不同的相，兩種材料之間產生邊界表面，因此增強基與樹脂基體界面之間必須適度緊密結合，才能符合材料使用性能要求。同時，由于PBO的應用領域主要是在航空航天的高溫條件下，因此對偶聯劑的耐熱性能也提出了更高的要求。

發明內容

針對上述航空航天高溫條件下對樹脂基復合材料的性能要求，本發明的目的是提供一種PBO纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法，采用該方法制備的復合材料其耐高溫性能得到了很大程度提升。

本發明提供了一種PBO纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法。本發明所述的PBO纖維增強樹脂基復合材料，由包括以下重量配比的原料制備而成：

基體 70％～60％

增強材料 30％～40％

偶聯劑 為增強材料的2～3％

其中，所述的基體為聚酰亞胺樹脂，所述的增強材料為PBO纖維，所述的偶聯劑為經過改性的苯基酰亞胺硅烷，所述的經過改性的苯基酰亞胺硅烷偶聯劑，是通過加入占比偶聯劑質量分數為5～6％的氧化鎂乙醇溶劑實現改性的，其中，氧化鎂乙醇溶液濃度為8～10％。

本發明所述的PBO纖維增強樹脂基復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將PBO纖維在350℃～550℃的條件下進行熱處理，熱處理時間為15～20s；

(2)采用經過改性的苯基酰亞胺硅烷偶聯劑對步驟(1)熱處理后的纖維進行表面涂覆處理；

(3)按比例將PBO纖維與聚酰亞胺樹脂進行浸膠2～4小時；

(4)將浸膠后的混合材料放入磨具中熱壓成型，保持熱壓溫度100℃～200℃，熱壓壓力為0.8MPa～2.0MPa，熱壓時間為2～5小時，冷卻后獲得PBO纖維增強樹脂基復合材料。

本發明的優點在于，與其他制備方法相比：(1)本發明采用經過高溫熱處理的PBO纖維，具有更高的模量特性；(2)采用改性的苯基酰亞胺硅烷作為偶聯劑，可改善偶聯劑的耐高溫性能；(3)與使用化學法、電暈法、以及輻射法對纖維表面改性相比，偶聯劑法不損傷纖維力學性能；(4)采用本方法制備的PBO纖維增強樹脂基復合材料，其耐高溫性能得到了很大程度提升。

附圖說明

圖1為采用本發明所述方法制備的復合材料與傳統方法制備的復合材料熱重實驗測量結果對比圖。