碳化硅短纖增強(qiáng)PMR型聚酰亞胺復(fù)合材料成型加工與表征.pdf

1、美國NASA于20世紀(jì)60年代研發(fā)的在位聚合PMR型聚酰亞胺是一種熱固性樹脂，其最突出的特點(diǎn)就是耐高溫性能優(yōu)異，以其為基體的復(fù)合材料的工作溫度可達(dá)300℃以上，同時具有很好的低溫性能，因此應(yīng)用范圍很廣泛。早期多被用于軍事航空領(lǐng)域，后逐步用于民用領(lǐng)域，是公認(rèn)的耐高溫高性能樹脂基體。經(jīng)過多年發(fā)展，PMR型聚酰亞胺樹脂克服了普通聚酰亞胺吸濕和熱膨脹的缺點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車零部件，是很好的耐高溫材料。這種樹脂是以低沸點(diǎn)醇類為溶劑的均相溶

2、液，可以很好浸漬增強(qiáng)材料(布或帶)。由其制造的復(fù)合材料在300～320℃下有優(yōu)異的力學(xué)性能。但連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料存在一些缺陷，如成本高、產(chǎn)品精度低、只適用制造大部件不宜生產(chǎn)小而精的零件。碳化硅是一種具有良好的導(dǎo)熱性、耐熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性的陶瓷材料。碳化硅纖維是一種新型纖維增強(qiáng)材料，它具有碳化硅陶瓷的優(yōu)良性能，拉伸強(qiáng)度大、模量高、耐高溫，可耐1200℃的高溫，是制造滑動環(huán)、閥門等摩擦部件的優(yōu)良材料。碳化硅纖維增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材料抗壓、抗

3、沖擊強(qiáng)度及耐磨性能優(yōu)于碳纖維。碳化硅短纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺復(fù)合材料結(jié)合了高分子樹脂和陶瓷性能優(yōu)越，易整體成型為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的耐高溫零部件，這樣就克服了磨損部件易損壞、接縫處易斷裂的缺陷。
　　 目前，世界上對短纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺復(fù)合材料板的研究非常少，已有的型方法工藝技術(shù)不甚明確且可重復(fù)性很差。在此次研究中，對由碳化硅短纖增強(qiáng)的PMR型聚酰亞胺復(fù)合材料的合成和性能進(jìn)行了研究。對一種新型的復(fù)合PMR型聚酰亞胺的合成方法和復(fù)合材料熱壓成型

4、方法進(jìn)行了不同探索。在實驗過程中，通過熱壓縮模塑技術(shù)使纖維混合聚酰亞胺預(yù)制體成型，對復(fù)合材料成型工藝過程的控制進(jìn)行了不同組合的研究，例如熱壓溫度嘗試了250～270℃，加壓嘗試了2～4MPa，經(jīng)過多次失敗總結(jié)經(jīng)驗，最后得到比較理想的成型方法為：硫化機(jī)需先預(yù)熱到230℃，在260～27℃之間緩慢加壓，最大施加壓力3MPa為制成了較成功的具有一定厚度(2-3mm)的復(fù)合材料板。之后對復(fù)合材料板的性能進(jìn)行了測試。本實驗所用PMR型聚酰亞胺由單

5、體MDA、ODPE和NE合成，并測試了樹脂基體的流變性能。對預(yù)制體樹脂粉末及成型復(fù)合材料的外觀進(jìn)行了顯微鏡觀測，并拍攝了復(fù)合材料斷面的掃描電鏡照片。并對樹脂的熱學(xué)性能進(jìn)行了測試，包括熱重力學(xué)分析和動態(tài)力學(xué)分析。對預(yù)制體樹脂粉末進(jìn)行了紅外光譜分析，以及純聚酰亞胺材料和復(fù)合材料的機(jī)械性能分別做了測試。
　　 通過各種測試，綜合顯示不管是純聚酰亞胺樹脂板，還是碳化硅增強(qiáng)PMR型聚酰亞胺復(fù)合材料的各種性能都比較理想，而且有纖維增強(qiáng)的復(fù)合

6、材料性能更加優(yōu)越。純聚酰亞胺材料的熱裂解溫度為440℃，經(jīng)過碳化硅短纖增強(qiáng)后熱裂解溫度升高到457℃。由動態(tài)力學(xué)分析得出的聚酰亞胺玻璃化溫度為336℃。碳化硅短纖增強(qiáng)的復(fù)合材料比純聚酰亞胺材料的彎曲性能和拉伸性能分別提高了19.1％和18.2％。由此得出，新工藝方法是比較成功的，由此工藝制得的復(fù)合材料具有良好的化學(xué)和力學(xué)性能，通過進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)，如添加偶聯(lián)劑等促進(jìn)纖維分散，用纖維增強(qiáng)的同時添加SiO2顆粒提高性能等，可以用于較大規(guī)模的