專利名稱：一種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的改性方法，尤其涉及ー種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂作為先進(jìn)復(fù)合材料的主要基體樹脂，具有良好的耐熱性能和力學(xué)性能，且克服了環(huán)氧樹脂耐熱性相對(duì)較低和耐高溫聚酰亞胺樹脂成型溫度高、壓カ大的缺點(diǎn)，近年來得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。但未改性的BMI樹脂其主要不足是自身固化物脆性大，須經(jīng)過增韌改性。用0，0' - ニ烯丙基雙酚A(DBA)改性的4，4'-雙馬來酰亞胺基ニ苯甲烷(BDM)樹脂體系取得了良好的增韌效果，其纖維復(fù)合材料已在工程中廣泛應(yīng)用。然而，用DBA改性的BMI雖然可以顯著提高樹脂的韌性，但仍不能達(dá)到高韌性樹脂的水平，并且DBA分子中異丙基的存在降低了其熱穩(wěn)定性，在高溫下較易分解，因此在一定程度上限制了其復(fù)合材料性能的發(fā)揮。利用層狀硅酸鹽黏土礦物對(duì)樹脂基體進(jìn)行改性，在黏土礦物添加量很少的情況下，樹脂基體的強(qiáng)度、韌性和耐熱性等均可得到明顯改善。正因?yàn)槿绱?，將層狀硅酸鹽改性的雙馬來酰亞胺樹脂基體和纖維復(fù)合，制備混雜多尺度復(fù)合材料，以發(fā)揮無機(jī)納米片層和微米纖維的協(xié)同作用，可進(jìn)ー步提高復(fù)合材料的性能。黏土礦物因?qū)娱g含有大量無機(jī)離子，對(duì)有機(jī)化合物呈疏性，需進(jìn)行有機(jī)化處理。然而，采用通常的長鏈烷基銨鹽等改性劑對(duì)黏土進(jìn)行表面修飾，對(duì)本身具有較高耐熱性能的 樹脂是不利的，由于這類改性劑耐熱性較差，并且與基體樹脂的官能團(tuán)難以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成共價(jià)鍵，在高溫下會(huì)首先發(fā)生分解削弱了層狀硅酸鹽與樹脂之間的界面作用力，從而在一定程度上影響了改性樹脂的有關(guān)性能。北京航空材料研究院申請(qǐng)的“納米復(fù)合雙馬來酰亞胺樹脂及其制備方法”(專利號(hào)為02123693. 3)公開了ー種適用于納米復(fù)合的雙馬來酰亞胺樹脂，以及在這種雙馬來酰亞胺樹脂中填充納米材料的納米復(fù)合技術(shù)及其復(fù)合材料的制備方法，將甲烷型BMI單體、ニ烯丙基雙酚A和烯丙基苯酚按組分比稱量混合均勻，加入納米粒子，經(jīng)加壓、升溫、保溫固化等エ藝，得到納米分散的復(fù)合材料。該項(xiàng)專利所公開的只是制備適用于與納米粒子復(fù)合的雙馬來酰亞胺樹脂基體，并沒有涉及專門針對(duì)雙馬來酰亞胺樹脂所用層狀硅酸鹽黏土礦物的有機(jī)改性劑，也沒有涉及改性后的BMI樹脂基體和纖維復(fù)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了進(jìn)一歩提高連續(xù)纖維或纖維織物增強(qiáng)0，0' - ニ烯丙基雙酚A(DBA)改性雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐熱性能，而提供的有機(jī)化層狀硅酸鹽黏土礦物和纖維共同增強(qiáng)的混雜多尺度復(fù)合材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法，其步驟如下將N-(4-氨苯基)馬來酰亞胺改性的有機(jī)化層狀硅酸鹽黏土礦物加入到0，O' - ニ烯丙基雙酚A中，在機(jī)械攪拌和超聲作用下進(jìn)行預(yù)插層。黏土礦物的改性劑中含有苯環(huán)和馬來酰亞胺環(huán)，耐熱性好，而且其中的馬來酰亞胺環(huán)可以和DBA中的烯丙基發(fā)生作用，有助于黏土礦物在樹脂中的剝離。然后加入雙馬來酰亞胺基ニ苯甲烷樹脂進(jìn)行預(yù)聚，攪拌冷卻后，加入丙酮配制成樹脂溶液。再使連續(xù)纖維或纖維織物經(jīng)該樹脂溶液充分浸潰后，利用烘干設(shè)備加熱除去溶劑得到預(yù)浸料，最后在成型過程中層狀硅酸鹽進(jìn)ー步被剝離，以納米尺度分散在樹脂基體中，得到混雜多尺度復(fù)合材料。所述的有機(jī)化層狀硅酸鹽黏土礦物是指經(jīng)有機(jī)化改性的蒙脫土、累托石或海泡石
坐寸ο 所述的連續(xù)纖維是指碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或PBO纖維，纖維織物是上述纖維編織而成的平紋布或斜紋布等。所述的成型是指模壓成型、熱壓罐成型或纏繞成型等方法。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是在連續(xù)纖維或纖維織物增強(qiáng)0，O' - ニ烯丙基雙酚A (DBA)/4,4;-雙馬來酰亞胺基ニ苯甲烷(BDM)復(fù)合材料體系中，通過引入N-(4-氨苯基)馬來酰亞胺改性的層狀硅酸鹽黏土礦物后，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度分別提高20-60%，層間斷裂韌性(Grc)提高50-100%，熱分解溫度提高10-20°C。制得的雙馬來酰亞胺樹脂基混雜多尺度復(fù)合材料，綜合性能優(yōu)異，具有廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I在80_140°C的油浴條件下，將N-(4-氨苯基)馬來酰亞胺改性的有機(jī)化蒙脫土加入到0，0' - ニ烯丙基雙酚A (DBA)中，機(jī)械攪拌O. 5h后，進(jìn)行1-1. 5h的超聲處理，超聲處理的功率為100-800W，頻率為20-45HZ。然后加入雙馬來酰亞胺基ニ苯甲烷(BDM)樹脂進(jìn)行O. 5h的預(yù)聚，DBA和BDM的物質(zhì)的量比為O. 85-1. 15 1，有機(jī)化蒙脫土的用量為樹脂質(zhì)量的1_10%，冷卻后，加入丙酮配制成質(zhì)量百分比濃度為10-35%的樹脂溶液。然后，使連續(xù)碳纖維或其織物經(jīng)該樹脂溶液充分浸潰后，加熱得到預(yù)浸料，最后經(jīng)模壓成型エ藝制備混雜多尺度復(fù)合材料。所得混雜多尺度復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度和層間斷裂韌性分別為1976MPa、121MPa和275J/m2，相比未加入有機(jī)蒙脫土的復(fù)合材料，彎曲強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度和層間斷裂韌性分別提高26. 2%,32. 5%和81. 5% ;熱分解溫度為437°C，提高19°C。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同點(diǎn)是所用層狀硅酸鹽礦物為有機(jī)化累托石。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同點(diǎn)是所用層狀硅酸鹽礦物為有機(jī)化海泡石。實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同點(diǎn)是所用纖維為玻璃纖維。實(shí)施例5本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同點(diǎn)是所用纖維為芳綸纖維。實(shí)施例6本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同點(diǎn)是所用纖維為PBO纖維。實(shí)施例7
本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同點(diǎn)是所用成型方法為熱壓罐エ藝。實(shí)施例8 本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同點(diǎn)是所用成型方法為纏繞エ藝。
權(quán)利要求
1.一種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法，其步驟如下將N-(4-氨苯基)馬來酰亞胺改性的有機(jī)化層狀硅酸鹽黏土礦物加入到O，O' -二烯丙基雙酚A中，在機(jī)械攪拌和超聲作用下進(jìn)行預(yù)插層；然后加入雙馬來酰亞胺基二苯甲烷樹脂進(jìn)行預(yù)聚，攪拌冷卻后，加入丙酮配制成樹脂溶液；再使連續(xù)纖維或纖維織物經(jīng)該樹脂溶液充分浸潰后，利用烘干設(shè)備加熱除去溶劑得到預(yù)浸料，最后在成型過程中層狀硅酸鹽進(jìn)一步被剝離，以納米尺度分散在樹脂基體中，得到混雜多尺度復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法，其特征在于所述的有機(jī)化層狀硅酸鹽黏土礦物是指經(jīng)有機(jī)化改性的蒙脫土、累托石或海泡石。
3.如權(quán)利要求I所述的一種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法，其特征在于所述的連續(xù)纖維是指碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或PBO纖維，纖維織物是上述纖維編織而成的平紋布或斜紋布。
4.如權(quán)利要求I所述的一種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法，其特征在于所述的成型是指模壓成型、熱壓罐成型或纏繞成型。
5.如權(quán)利要求I所述的一種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法，其特征在于在80-140°C的油浴條件下，將N-(4-氨苯基)馬來酰亞胺改性的有機(jī)化蒙脫土加入到0，O' - 二烯丙基雙酚A中，機(jī)械攪拌O. 5h后，進(jìn)行1-1. 5h的超聲處理，超聲處理的功率為100-800W，頻率為20-45HZ ;然后加入雙馬來酰亞胺基二苯甲烷樹脂進(jìn)行O. 5h的預(yù)聚，DBA和BDM的物質(zhì)的量比為O. 85-1. 15 1，有機(jī)化蒙脫土的用量為樹脂質(zhì)量的1-10%，冷卻后，加入丙酮配制成質(zhì)量百分比濃度為10-35%的樹脂溶液，然后，使連續(xù)碳纖維或其織物經(jīng)該樹脂溶液充分浸潰后，加熱得到預(yù)浸料，最后經(jīng)模壓成型工藝制備混雜多尺度復(fù)合材料。
全文摘要
一種用于雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的納米復(fù)合改性方法，屬于先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料制造領(lǐng)域。該方法首先在液態(tài)的O，O′-二烯丙基雙酚A(DBA)中，加入N-(4-氨苯基)馬來酰亞胺改性的層狀硅酸鹽黏土礦物，在機(jī)械攪拌和超聲分散的共同作用下進(jìn)行插層預(yù)處理，然后加入雙馬來酰亞胺基二苯甲烷(BDM)樹脂進(jìn)行預(yù)聚，經(jīng)冷卻加入丙酮配制成一定濃度的樹脂溶液。再將連續(xù)纖維或其織物經(jīng)該樹脂溶液充分浸漬后，加熱得到預(yù)浸料，最后按照一定的成型工藝制備混雜多尺度復(fù)合材料。用本發(fā)明所述方法所得的混雜多尺度復(fù)合材料，可以有效發(fā)揮無機(jī)納米片層和微米纖維的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的綜合性能。
文檔編號(hào)C08K7/06GK102634208SQ201210128308
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者盧少微, 李偉, 王柏臣, 趙煥偉, 陳平, 馬克明 申請(qǐng)人:沈陽航空航天大學(xué)