新型聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、熱固性聚酰亞胺(PI)是一類性能優(yōu)異的先進(jìn)復(fù)合材料樹脂基體，纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料由于在強(qiáng)度、模量、熱穩(wěn)定性、電性能等方面的突出優(yōu)點(diǎn)，而逐漸成為航空航天領(lǐng)域不可替代的材料。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，飛行速度和機(jī)動、突防功能的不斷提高，對這類材料提出了更多、更高的要求。為了滿足航空航天領(lǐng)域高速飛行對高溫結(jié)構(gòu)輕量化、功能一體化的需求，本著將聚酰亞胺功能化和實(shí)用化的指導(dǎo)思想，本論文采用分子設(shè)計(jì)方法，提出了在分子結(jié)構(gòu)中同時引入溴元素的和醚鍵結(jié)構(gòu)

2、的新思路，合成了新型溴化含醚結(jié)構(gòu)的BMI型聚酰亞胺樹脂體系(BPI)，并以其作為技術(shù)平臺，開展了有關(guān)耐高溫結(jié)構(gòu)及透波復(fù)合材料的研究，主要的內(nèi)容和結(jié)論如下： 1、采用一步法合成了系列BPI樹脂，并詳細(xì)探討了合成工藝對樹脂合成的影響。利用紅外、核磁、GC-MS、GPC等方法對BPI樹脂體系進(jìn)行了表征和分析，采用DMA和TGA手段評價了BPI樹脂的熱性能。結(jié)果表明，采用的合成工藝可以制得不同分子量、熱性能優(yōu)異的BPI樹脂。 2

3、、采用流變、DSC等手段，利用Arrhenius、Kissinger等模型的分析方法，建立了BPI樹脂固化反應(yīng)動力學(xué)方程：da/dt=3.617×107exp(-11202/T)(1-α)0.913；獲得了BPI樹脂流變模型：ηt=5.05x10-3exp[(4086.9/T)+exp(13.68-7904.96/T)t]；確定了BPI樹脂固化工藝：190℃/1h+240～260℃/1h+270～290℃/2h。 3、研究了碳纖

4、維/BPI結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的耐熱性、力學(xué)性能以及熱物理性能。結(jié)果表明：T-300/BPI復(fù)合材料經(jīng)后處理后Tg高達(dá)425℃，并在室溫下具有良好的基本力學(xué)性能，其短梁剪切與縱向彎曲的強(qiáng)度分別為103 MPa與1590 MPa,在300℃下，短梁剪切與縱向彎曲的強(qiáng)度保持率分別為53.70％與69.7％，同時，彎曲模量保持率更是高達(dá)95％，表明T300/BPI復(fù)合材料具有優(yōu)良的耐高溫力學(xué)性能，可在300℃下作為高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料使用； 4、

5、研究了石英布/BPI透波復(fù)合材料(Qz/BPI)的耐熱性、力學(xué)性能以及介電性能。Qz/BPI復(fù)合材料室溫下具有良好的基本力學(xué)性能，壓縮強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度在250℃下分別為221 MPa與401 MPa，保持率分別為67％與80％；而在300℃下，彎曲強(qiáng)度保持率更是高達(dá)66％，表明Qz/BPI復(fù)合材料具有優(yōu)良的耐高溫力學(xué)性能；Qz/BPI復(fù)合材料室溫下具有良好的電絕緣性能和介電性能，其表面電阻率和體積電阻率分別在7.2～8.3×1014Ω和8

6、.1～9.1×1015Ωcm之間：材料的介電常數(shù)ε為3.54～3.55，介電損耗Tanδ為8×10-3；Qz/BPI-30在9.8GHz、室溫～350℃下的介電常數(shù)基本保持穩(wěn)定，介電損耗在300℃內(nèi)基本保持不變，可望在300℃下作為高溫透波復(fù)合材料使用； 5、為了進(jìn)一步改善BPI樹脂的加工性能，通過分子設(shè)計(jì)，合成了一種適用于電子束固化(EB)成型工藝的新型聚酰亞胺樹脂(EBBPI)，研究了活性稀釋劑、輻敏交聯(lián)劑、輻照劑量等對樹脂