[发明专利]一种三维纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料，所述复合材料包括聚酰亚胺树脂基体以及位于聚酰亚胺树脂基体内部的三维纤维织物增强相，所述三维纤维织物为三维纤维编织物、2.5D纤维织物、针刺纤维织物或缝合纤维织物中的任一种，所述聚酰亚胺树脂为苯已炔基封端、苯炔基封端或含有侧苯基结构的异构聚酰亚胺树脂中的任一种。本发明还相应提供一种上述复合材料的制备方法。本发明的复合材料，整体性好，在保证好的弯曲强度、拉伸性能等力学性能前提下，显著提升了层间性能，综合力学性能优异。另外，本发明的三维纤维织物可为各种复杂的形状，解决了聚酰亚胺树脂基复合材料复杂构件难以成型的问题。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，尤其涉及一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法。

背景技术

连续纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀和可设计性强等优点，其作为结构-功能材料在装备上具有广泛应用前景。当连续纤维增强树脂基复合材料应用于工作温度较高的结构部件时，如飞机高温区机体结构、发动机部件(衬套、喷管等)、导弹弹翼等，常规树脂基体，如环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂等的耐热温度无法满足使用要求，而聚酰亚胺树脂具有优异的耐热性能和耐氧化稳定性能，与增强纤维复合，可以得到具有耐高温和承载一体化的多功能复合材料，该复合材料还有具有明显的结构减重效果。此外，聚酰亚胺树脂还表现出低介电常数、低介电损耗的特点，也是一种非常理想的透波树脂材料，与介电性能优异的增强纤维复合制得的纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料，具有优良的力学性能和透波性能，是一种理想的透波/承载一体化耐高温复合材料，可应用于耐高温透波天线罩、天线窗等构件。

PMR型聚酰亚胺树脂基复合材料是目前耐温等级最高、应用技术最成熟的高性能树脂基复合材料，具有优异的耐热氧化稳定性和力学性能等，但其成型工艺和结构上存在着明显不足：一方面PMR型聚酰亚胺树脂的流动性差、工艺窗口窄，PMR型聚酰亚胺树脂基预浸料的制备和铺层困难，致使PMR型聚酰亚胺树脂基复合材料难以成型形状复杂构件；另一方面现有纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料多是二维结构，层与层间仅靠树脂粘接，致使层间强度低、抗冲击能力弱，容易发生分层破坏，这些都限制了纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料的进一步发展和应用。目前有采用树脂传递模塑工艺制备聚酰亚胺复合材料的报道，该方法可以克服预浸料层铺困难的问题，可以制备形状复杂构件，但是PMR型聚酰亚胺树脂熔体的粘度高，工艺温度高，对设备要求较高，该方法难以控制树脂的均匀性，并且该方法制备的复合材料孔隙率偏高，难以制得高质量复合材料。此外，现阶段PMR型聚酰亚胺数脂的玻璃化温度大多为300℃-340℃，最高使用温度为370℃，还存在储存期短、亚胺化过程中会产生水等挥发性小分子易造成复合材料孔隙率高等缺点。

专利201711155237.7中先采用聚酰亚胺树脂溶液浸渍石英纤维织物，室温晾干得到预浸料，然后将预浸料铺层、层间缝合，最后亚胺化和固化得到纤维增强聚酰亚胺复合材料，复合材料的层间性能得到了提高，但是缝合预浸料时会引起纤维损伤、缝合位置出现空洞等缺陷，亚胺化过程会产生小等小分子会在复合材料中留下气孔，导致复合材料的拉伸性能和弯曲强度等力学性能下降。

因此，改进纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料制备工艺和结构，提高其层间性能，解决复杂构件难以成型的问题，可推动石英纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料在装备高温部位的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种耐高温(500℃)、综合力学性能优异的三维纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料，并提供一种工艺简单、可成型复杂构件的三维纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种三维纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料，所述复合材料包括聚酰亚胺树脂基体以及位于聚酰亚胺树脂基体内部的三维纤维织物增强相，所述三维纤维织物为三维纤维编织物、2.5D纤维织物、针刺纤维织物或缝合纤维织物中的任一种，所述聚酰亚胺树脂为苯已炔基封端、苯炔基封端或含有侧苯基结构的异构聚酰亚胺树脂中的任一种。