杂化聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究展望

作者: 东莞市美鑫绝缘材料有限公司 日期: 2020-08-19 人气: - 评论: 0

  聚酰亚胺具有优异的耐热稳定性能和极高的力学性能,作为纤维增强复合材料基体树脂已在航空航天领域得到了广泛的应用。随着航空航天技术的快速发展,飞行器速度不断提高,因此,对复合材料的耐温等级和热氧化稳定性提出了更高的要求。

  目前,提高聚酰亚胺树脂的耐高温性能主要是通过在分子主链上引入刚性较大的结构单元、增强聚合物分子链间的相互作用或者增大聚合物的交联密度等方法实现。但是增加聚合物分子链刚性和增强分子间相互作用,会造成树脂熔体黏度的大幅提高,成型工艺性下降以及树脂与增强材料的界面性能变差; 而提高聚合物分子链刚性和增大交联密度会带来树脂韧性不佳等问题。

  近年来,国内外相继开展了有机无机杂化聚酰亚胺树脂的研究工作,发现通过将有机材料的韧性和良好的加工性与无机材料的耐热稳定性结合起来,可以实现在提高聚酰亚胺树脂耐高温性能的同时保持其他各项性能的均衡。

  中国科学院化学研究所和航天材料及工艺研究所合作在国内率先开展了有机无机杂化聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究。通过系统研究化学结构与固化温度对有机无机杂化聚酰亚胺的工艺性能、耐热性能和力学性能的影响规律,开发了KHPIS 系列聚酰亚胺树脂,该系列聚酰亚胺树脂预聚物具有良好的熔体流动性,最低熔体黏度低于200 Pa·s,有利于树脂对纤维表面形成良好的润湿,可满足复合材料真空热压罐成型工艺的要求。纯树脂固化物的Tg达到500 550 ℃,与T800 碳纤维制备的复合材料在450500 ℃高温下表现出优异的耐热氧化稳定性。

  目前传统芳香有机结构的热固性聚酰亚胺树脂的耐温等级可达到320 450 ℃,已无法满足航空航天及空间技术快速发展的应用需求。飞行器在某些极限条件下工作时要承受500 ℃以上高温,这一温度已经接近了有机聚合物的热分解温度极限。有机无机杂化聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究为进一步提高树脂基复合材料的耐热性能和长时热氧化稳定性提供了新的发展空间。今后对于有机无机杂化聚酰亚胺树脂在高温下的结构演变过程与降解失效机理尚需开展深入研究,从而为材料在高温极端环境下的应用提供指导。


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