[发明专利]一种PBO纤维/苯并噁嗪复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料科学技术领域，具体涉及一种PBO纤维/苯并噁嗪复合材料的制备方法。

背景技术

随着航空、航天领域科学技术的发展，对复合材料的性能要求越来越高，除了要求具有低密度、高模量、优异的耐热性和高的比强度外、还要求具有优异的介电性能和小的热膨胀系数及良好的成型工艺等特点。而现今使用的玻璃纤维/环氧树脂材料存在较高的吸湿率和较弱的耐空间环境能力等问题，已无法满足未来飞行器高速飞行的要求。

PBO纤维是由PBO经过液晶纺丝技术制得的高性能芳杂环纤维它的拉伸强度和弹性模量约为芳纶纤维的两倍,并且其作为直链型高分子,被认为具有极限弹性模量。刚直性分子链还赋予PBO纤维优异的耐热性,其耐热温度比芳纶纤维的高100℃,是目前综合性能最优异的一种有机纤维。因此,PBO纤维被用于航空航天用及民用先进复合材料的增强材料。PBO纤维有超级纤维之称，其主要特点是强度高、模量高、质轻、回潮低、耐高温，且耐冲击性、耐摩擦性和尺寸稳定性均很优异，成为21世纪备受关注的透波复合材料的增强纤维，具有广泛的应用。PBO纤维由于表面光滑，不易于树脂粘连。因此，要制备具有良好性能的纤维增强复合材料，关键是增加纤维与树脂之间的粘接力。

苯并噁嗪树脂作为一种新型的酚醛树脂，是一种具有较大应用潜力的高性能树脂。这种树脂不仅保持了传统酚醛树脂的优点，如良好的力学性能、耐热阻燃性能和介电性能，以及低廉的原材料价格和加工费用。而且克服了传统酚醛树脂的缺点，具有较好的冲击强度和拉伸强度，并且其固化反应为开环反应，没有小分子副产物产生，不会产生缺陷，固化物更加致密均匀。但是，苯并噁嗪树脂同其它热固性树脂一样，同样存在性脆的缺陷，需对其进行增韧改性。双马来酰亚胺树脂以其优异的耐热性、电绝缘性、良好的力学性能，得到了广泛的应用。研究表明，使用双马来酰亚胺改性苯并噁嗪可改善苯并噁嗪树脂的力学性能和耐热性能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种PBO纤维/苯并噁嗪复合材料的制备方法，制备的PBO纤维/苯并噁嗪复合材料具有高强度、高模量、低密度、耐高温、界面粘接强度高以及介电性能优异等优点。

技术方案

一种PBO纤维/苯并噁嗪复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将PBO纤维浸入含有0.1~1.0%辣根过氧化酶的有机溶液中，溶液的用量以能浸没PBO纤维为准；在50～70W的超声波作用下，每隔5min向体系中滴入4wt.%双氧水的水溶液共1～50mL，滴加完毕，反应0.5～2h，取出处理过的PBO纤维，用蒸馏水洗净，干燥；所述溶液的组成为体积比为1~5:1的磷酸盐缓冲液和二氧六环的混合溶液；

步骤2：将偶联剂KH-560溶解在丙酮中，将浓度控制在1.0～5.0%，调PH值3～6；然后将步骤1得处理过的PBO纤维置入其中在常温下浸泡1～48小时，用蒸馏水洗涤、干燥；

步骤3：再浸入胶料中、缠绕、晾干，得到预浸料；所述胶料是由质量分数为100份苯并噁嗪树脂和5-50份双马来酰亚胺树脂预聚体在120-160°C下预聚1～6小时，再加入10-300份的丙酮，混合后制成胶料；

步骤4：将步骤3得到的预浸料铺于模具中，先在100°C~120°C下预热处理0.5-2h，然后按140℃/1h+150℃/2h+170℃/2h h阶梯升温加压固化，压力保持5~20MPa，之后自然冷却到室温，脱模，即得PBO纤维/苯并噁嗪复合材料。

有益效果

本发明提出的一种PBO纤维/苯并噁嗪复合材料的制备方法，以高强度、高模量的PBO纤维为增强材料，以双马来酰亚胺预聚体改性的苯并噁嗪树脂为基体，所制备的复合材料除了具有高强度、高模量、耐高温的特点外，还具有层间剪切强度高和介电常数和介电损耗因子低的特点，可满足现代航空、航天领域对复合材料的苛刻要求。

本发明将PBO纤维表面经过两次处理。即先利用双氧水的氧化作用并辅以辣根过氧化酶的催化作用和超声波的空化作用对PBO纤维进行活化，再用偶联剂KH-560进行二次活化，在其表面引入活性官能团环氧基。这种处理方法的特点在于用双氧水的稀溶液处理，对纤维自身的强度损伤不大，且辅以酶的催化作用和超声波的空化作用，提高了反应效率，缩短了反应时间，操作方法简单。并且用偶联剂二次活化时，引入的活性官能团可与树脂进行反应，增加PBO0纤维与树脂之间的粘接力。