[发明专利]反应挤出制备聚酰亚胺硅氧烷/碳纤维复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，特别是涉及反应挤出制备聚酰亚胺硅氧烷—碳纤维复合材料的方法。

背景技术

聚酰亚胺硅氧烷是使用含硅二酐或含硅二胺为单体，在聚酰亚胺骨架结构中引入了柔性、非对称性和具有侧基基团的聚硅氧烷链节而得到的一种聚合物，它是一种高性能热塑性树脂，在高温下能长期保持强度不受损伤，具有长期的耐热性，其加工性能、电性能优异，兼具阻燃、燃烧生烟量少及高耐辐射等特性。但是，由于聚硅氧烷的存在，聚酰亚胺硅氧烷的强度、刚度、耐溶剂性、尺寸稳定性相对较差，因此需要对其进行进一步的改性。碳纤维是一种含碳量在95％以上的由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。它具有高强度、高模量、低密度、比性能高、无蠕变、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好、热膨胀系数小且具有各向异性、耐腐蚀性好等特性。中国专利CN103450642A、CN103642222A、CN103450665A、CN103602039A、CN103709510A、CN103709750A及CN102558847A等公布了碳纤维增强的聚合物基复合材料，碳纤维的加入能使聚合物基体的强度、模量、尺寸稳定性等性能提高至原来的2～5倍，甚至更高。中国专利CN101506270A、CN102876038A公布了填料填充改性的聚酰亚胺硅氧烷复合材料，其中，中国专利CN101506270A指出可以使用碳纤维作为聚酰亚胺硅氧烷的增强填料，然而，还未见有关碳纤维增强聚酰亚胺复合材料(真实例子)的报道。

当前，聚酰亚胺硅氧烷复合材料的制备主要通过熔融共混的方法制备，通常是将改性填料与聚酰亚胺硅氧烷进行预混合，然后使用双螺杆挤出机或密炼机等混合设备进行熔融混合，然而，由于共混过程中，聚酰亚胺硅氧烷的熔体粘度过高，使得填料分散困难，不利于发挥填料最佳的增强性能。反应挤出是以挤出机作为连续反应器,进行单体聚合的一种方法，它将单体的连续聚合反应和聚合物的熔融加工合为一体，通过螺杆挤出机一步形成所需的材料，因此，具有原料准备容易，反应原料形态多样化，分散性和混合性好，受热降解小，未反应单体和副产品可排除，物料不滞留，具有自清理能力，无后处理和溶剂回收问题,环境污染小，可实现连续加工,生产效率高,产品质量好等特点。反应挤出在高分子复合材料的制备中也有广泛的应用，通常是在挤出机中引发聚合物开始聚合反应的同时，进行改性填料与聚合物之间的混合，从而制备聚合物基复合材料。与熔融共混相比，由于聚合反应前聚合物的单体和预聚体分子量和粘度通常较低，反应挤出过程中非常有利于改性填料的扩散，因此反应挤出法制备的复合材料中填料的分散尺寸更小，分布更均匀。中国专利CN1563150A报道了一种通过反应挤出连续制备聚醚酰亚胺的方法，然而，目前还未有涉及反应挤出法制备聚酰亚胺硅氧烷复合材料的研究报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服当前聚酰亚胺硅氧烷复合材料制备工艺的缺陷，而提供的一种力学性能优异、加工流动性好、尺寸稳定性高、阻燃，且工艺简单、成本较低的聚酰亚胺硅氧烷/碳纤维复合材料的制备方法。

本发明的技术方案是这样的：一种反应挤出制备聚酰亚胺硅氧烷/碳纤维复合材料的方法，包括以下工艺步骤：

1)、均匀混合端胺基甲基苯基硅氧烷预聚体、芳香族二酐、芳香族二胺及链终止剂；

2)、开启挤出机，通过计量加料装置将均匀混合后的混合物由主喂料口加入挤出机，将碳纤维由挤出机中段的侧喂料口加入，在挤出机中同时完成聚酰亚胺硅氧烷的聚合反应及其与碳纤维的复合，制得聚酰亚胺硅氧烷/碳纤维复合材料。

优选的，所述端胺基甲基苯基硅氧烷预聚体为双氨丙基四甲基二硅氧烷与环硅氧烷缩聚后的预聚物；所述芳香族二酐为均苯四酸二酐、双酚A二酐、联苯二酐、二苯甲酮四羧酸二酐中的一种或几种的混合物；所述芳香族二胺为对苯二胺、间苯二胺、氧联二苯胺、亚甲基二苯胺中的一种；所述链终止剂为苯酐。

优选的，所述芳香族二胺和芳香族二酐总的物质量的比为1:1，苯酐的用量为芳香族二酐物质量的0.8～1.2％，端胺基甲基苯基硅氧烷预聚体与芳香族二胺物质量的比可以是任意比例。

优选的，所述碳纤维为短切碳纤维或碳纤维纱束。

优选的，所述制得的聚酰亚胺硅氧烷/碳纤维复合材料中碳纤维的含量为5～50wt％。

优选的，所述步骤2)中的挤出机为同向啮合双螺杆挤出机，长径比为60。