CN104130548A - 一种聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法与应用，所述聚酰亚胺纤维预浸料包含有40～80％重量含量的聚酰亚胺纤维和20～60％重量含量的树脂。本发明提供的聚酰亚胺纤维预浸料是以聚酰亚胺长纤维或其织物作为强化纤维，通过氰酸酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺或苯并恶嗪树脂等的浸润而制备的一种新型预浸料。用本发明纤维预浸料加工的复合材料制品具有重量轻、耐高温、耐辐射、阻燃等优异性能，可广泛应用于航空航天、舰艇船舶、汽车、医疗器械等军工产品及民用产品等诸多领域。
Description
技术领域
本发明涉及强化纤维制备技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺纤维预浸料及其制备方法与应用。
背景技术
聚酰亚胺纤维是一种耐热等级高、综合性能优良的有机纤维，是当前高技术纤维的重要品种之一。聚酰亚胺纤维具有优异的耐温性，热分解温度大于500℃，在-200℃至300℃能长期使用；具有很高的耐辐照性能，是一种无毒的自熄性聚合物纤维；具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，介电损耗为10-3，介电强度为100至300KV/mm；具有良好的力学性能，其弹性模量可达到200Gpa；同时聚酰亚胺纤维的密度小于碳纤维和芳纶纤维，也是一种新型的性能优异的增强材料。
纤维预浸料是把强化纤维浸渍在基体树脂中制成的预浸料片材产品，是高性能复合材料的中间材料。目前常用的有碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或芳纶纤维预浸料,但这些材料很难满足在航空航天、舰艇船舶、医疗器械等特殊领域对材料的重量、耐高温、耐辐射及阻燃等方面的更高要求，聚酰亚胺纤维及预浸料在这些方面确有其独特的优势。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种聚酰亚胺纤维预浸料，该预浸料具有重量轻、耐高温、耐辐射、阻燃等优异性能。
本发明的另一目的在于提供上述聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述聚酰亚胺纤维预浸料的应用。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种聚酰亚胺纤维预浸料，所述聚酰亚胺纤维预浸料包含有40～80％重量含量的聚酰亚胺纤维和20～60％重量含量的树脂。
所述的聚酰亚胺纤维在预浸料中的重量含量在40％至80％不等，树脂的含量在20％至60％不等，二者含量之和为100％。例如：当纤维含量占63％时，树脂含量占37％；当纤维含量提高至65％时，树脂含量占35％；而当纤维含量减低至50％时，树脂含量占50％。纤维在预浸料中的含量要依据对预浸料物性的实际需要确定。
优选的，所述聚酰亚胺纤维为聚酰亚胺长丝、聚酰亚胺短切纱及其织物中的一种。
所述聚酰亚胺纤维可以是无捻长丝，有捻长丝，短切纱，纤维编织布等不同的纤维形态及纤维织物。
优选的，所述树脂为氰酸酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺和苯并恶嗪树脂中的至少一种。
上述聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将树脂加热至熔融状态后，倒入热熔胶膜机胶槽，通过涂膜机将熔融树脂均匀的涂覆到脱模纸上，盖上覆盖膜后收卷，得到树脂膜；
(2)取两张步骤(1)制得的树脂膜并分别揭去覆盖膜，将聚酰亚胺纤维引出并预热后与揭去覆盖膜的树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理，聚酰亚胺纤维夹在两树脂膜含有树脂的面之间，含浸后去除上表面的脱模纸，覆盖上覆盖膜后收卷，得到所述聚酰亚胺纤维预浸料。
优选的，步骤(1)所述的树脂膜厚度为20～200g/m2。
步骤(1)中涂覆树脂时，可以依据涂膜机上红外线测量设备的测量值调整涂布辊的间隙，以确定所涂树脂膜的厚度即树脂膜的每平米克重。通常可实现的树脂膜的每平米克重为20g～200g。当红外显示值接近目标生产值(每平米克重)时，可开始涂布生产，即将树脂均匀地涂覆到脱模纸上，使所制的胶膜连续、均匀、平整。
优选的，步骤(2)所述的含浸处理中浸渍时间为3分钟以内。
步骤(2)中的含浸处理工艺可以是本领域常用的工艺。预浸温度的选择依树脂种类不同而不同，例如选用环氧树脂时预浸温度在110℃左右，选用氰酸酯树脂时在125℃左右；预浸压力以不把熔融树脂压出承载其的离型纸(即脱模纸)为上限，以将预浸料中的气体全部压出为准；聚酰亚胺纤维的张力以运行时不从树脂中抽纱，加工后纱线不回弹起皱为准；脱模纸可以选择本领域常用的脱模纸，规格可根据设备来选择；常用的有1040mm和1060mm宽度的离型纸。
优选的，步骤(2)所述聚酰亚胺纤维的形态为纱或丝时，将卷有聚酰亚胺纤维纱或丝的线筒置于纱架上，将聚酰亚胺纤维纱或丝从纱筒上引出，并按照顺序先后经过分丝瓷眼、篦子、打散装置、展平装置和预热平台，然后再与揭去覆盖膜的树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理；所述聚酰亚胺纤维的形态为纤维织物时，将卷有聚酰亚胺纤维织物的卷筒放在回卷架上，引出聚酰亚胺纤维织物通过展平装置和预热平台，然后再与揭去覆盖膜的树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理。
上述聚酰亚胺纤维预浸料在军工产品或民用产品领域中的应用。
优选的，所述军工产品和民用产品领域具体包括航空航天、舰艇船舶、汽车、体育器材以及医疗器械领域。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的聚酰亚胺纤维预浸料具有优良的电性能，较强的力学性能，较低的密度和优异的耐高低温性能。
具体实施方式
下面具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无溶剂的热熔型环氧树脂在80℃的烘箱中加热1小时，使环氧树脂熔融流动后，将其倒入80℃的热熔胶膜机的胶槽内，通过涂膜机将熔融树脂均匀的涂覆到脱模纸上，盖上覆盖膜后收卷，得到40g/m2的环氧树脂膜；
(2)选用550tex的聚酰亚胺长丝，摆放密度为252根/m，将足够多的纱线筒置于设备纱架上，将聚酰亚胺纤维束从纱筒上引出后，按一定顺序使聚酰亚胺纤维束先后经过分丝瓷眼、篦子、打散装置、展平装置和预热平台；取两张步骤(1)制得的环氧树脂膜并分别揭去覆盖膜，将上述引出的聚酰亚胺长丝夹在两环氧树脂膜含有树脂的面之间，与揭去覆盖膜的环氧树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理，预浸的温度控制在115℃左右，在纤维与树脂膜进行复合浸渍过程中，聚酰亚胺纤维不断受到基体树脂的浸润，含浸后去除上表面的脱模纸，覆盖上覆盖膜后收卷，得到环氧树脂重量含量约为37％的聚酰亚胺纤维单向环氧树脂预浸料。制得的预浸料最后卷取在纸筒芯上。
将本实施例制得的预浸料固化成型后得到制品，所得的制品密度为1.35±0.05g/cm3,抗拉强度≥160MPa，弹性模量≥3GPa，体积电阻率≥1×1015Ω/cm。树脂基复合材料的耐温性很大程度上取决于树脂基体，本实施例制得的预浸料固化后的制品的热变形温度为135℃。
测试标准说明
制品密度的测量依照GB/T-1463-2005标准，抗拉强度和弹性模量的测量依照GB/T-1447-2005标准，体积电阻率的测量依据GB/T-1410-2006标准，热变形温度的测量依据GB/T-1634.2-2004标准。以下实施例的测量均依据此同样标准。
实施例2
一种聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无溶剂的热熔型环氧树脂在80℃的烘箱中加热1小时，使环氧树脂熔融流动后，将其倒入80℃的热熔胶膜机的胶槽内，通过涂膜机将熔融树脂均匀的涂覆到脱模纸上，盖上覆盖膜后收卷，得到60g/m2的环氧树脂膜；
(2)选用106tex的聚酰亚胺长丝所织的9×9经纬密的平纹组织的织布，将布匹的卷筒放在回卷架上，引出布匹通过展平装置、预热平台；取两张步骤(1)制得的环氧树脂膜并分别揭去覆盖膜，将上述引出的聚酰亚胺织布夹在两环氧树脂膜含有树脂的面之间，与揭去覆盖膜的环氧树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理，预浸的温度控制在115℃左右，在纤维与树脂膜进行复合浸渍过程中，聚酰亚胺纤维不断受到基体树脂的浸润，含浸后去除上表面的脱模纸，覆盖上覆盖膜后收卷，得到环氧树脂重量含量为35％的聚酰亚胺纤维织布环氧树脂预浸料。制得的预浸料最后卷取在纸筒芯上。
将本实施例制得的预浸料固化成型后得到制品，所得的制品密度为1.30±0.05g/cm3,抗拉强度≥145MPa，弹性模量≥3GPa，体积电阻率≥5×1013Ω/cm。树脂基复合材料的耐温性很大程度上取决于树脂基体，本实施例制得的预浸料固化后的制品的热变形温度为135℃。测试方法参考实施例1中的测试标准说明。
实施例3
一种聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无溶剂的热熔型氰酸酯树脂在90℃的烘箱中加热1小时，使氰酸酯树脂熔融流动后，将其倒入90℃的热熔胶膜机的胶槽内，通过涂膜机将熔融树脂均匀的涂覆到脱模纸上，盖上覆盖膜后收卷，得到40g/m2的氰酸酯树脂膜；
(2)选用550tex的聚酰亚胺长丝，摆放密度为252根/m，将足够多的纱线筒置于设备纱架上，将聚酰亚胺纤维束从纱筒上引出后，按一定顺序使聚酰亚胺纤维束先后经过分丝瓷眼、篦子、打散装置、展平装置和预热平台；取两张步骤(1)制得的氰酸酯树脂膜并分别揭去覆盖膜，将上述引出的聚酰亚胺长丝夹在两氰酸酯树脂膜含有树脂的面之间，与揭去覆盖膜的氰酸酯树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理，预浸的温度控制在130℃左右，在纤维与树脂膜进行复合浸渍过程中，聚酰亚胺纤维不断受到基体树脂的浸润，含浸后去除上表面的脱模纸，覆盖上覆盖膜后收卷，得到氰酸酯树脂重量含量约为37％的聚酰亚胺纤维单向氰酸酯树脂预浸料。制得的预浸料最后卷取在纸筒芯上。
将本实施例制得的预浸料固化成型后得到制品，所得的制品密度为1.25±0.05g/cm3,抗拉强度≥150MPa，弹性模量≥3GPa。树脂基复合材料的耐温性很大程度上取决于树脂基体，本实施例制得的预浸料固化后的制品的热变形温度为225℃。测试方法参考实施例1中的测试标准说明。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种聚酰亚胺纤维预浸料，其特征在于：所述聚酰亚胺纤维预浸料包含有40～80％重量含量的聚酰亚胺纤维和20～60％重量含量的树脂。
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纤维预浸料，其特征在于：所述聚酰亚胺纤维为聚酰亚胺长丝、聚酰亚胺短切纱及其织物中的一种。
3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纤维预浸料，其特征在于：所述树脂为氰酸酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺和苯并恶嗪树脂中的至少一种。
4.权利要求1至3中任一项所述聚酰亚胺纤维预浸料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将树脂加热至熔融状态后，倒入热熔胶膜机胶槽，通过涂膜机将熔融树脂均匀的涂覆到脱模纸上，盖上覆盖膜后收卷，得到树脂膜；
(2)取两张步骤(1)制得的树脂膜并分别揭去覆盖膜，将聚酰亚胺纤维引出并预热后与揭去覆盖膜的树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理，聚酰亚胺纤维夹在两树脂膜含有树脂的面之间，含浸后去除上表面的脱模纸，覆盖上覆盖膜后收卷，得到所述聚酰亚胺纤维预浸料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的树脂膜厚度为20～200g/m2。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的含浸处理中浸渍时间为3分钟以内。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述聚酰亚胺纤维的形态为纱或丝时，将卷有聚酰亚胺纤维纱或丝的线筒置于纱架上，将聚酰亚胺纤维纱或丝从纱筒上引出，并按照顺序先后经过分丝瓷眼、篦子、打散装置、展平装置和预热平台，然后再与揭去覆盖膜的树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理；所述聚酰亚胺纤维的形态为纤维织物时，将卷有聚酰亚胺纤维织物的卷筒放在回卷架上，引出聚酰亚胺纤维织物通过展平装置和预热平台，然后再与揭去覆盖膜的树脂膜一同进入复合预浸区进行含浸处理。
8.权利要求1至3中任一项所述聚酰亚胺纤维预浸料在军工产品或民用产品领域中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述军工产品和民用产品领域具体包括航空航天、舰艇船舶、汽车、体育器材以及医疗器械领域。
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