[发明专利]杂萘联苯聚芳醚腈砜增韧邻苯二甲腈树脂基纤维增强复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于先进复合材料科学技术领域，公开了一种杂萘联苯聚芳醚腈砜增韧邻苯二甲腈树脂基纤维增强复合材料及其制备方法。本发明通过引入可参与交联反应氰基和强极性砜基基团的杂萘联苯结构聚芳醚腈砜耐高温热塑性树脂，可以改善其与邻苯二甲腈树脂基体的相容性，保持基体树脂优异的耐热性和力学强度，并可提高基体树脂及其纤维增强树脂基复合材料的抗冲击韧性。本发明对于推动耐高温先进复合材料的发展和开拓纤维增强高性能树脂基复合材料在航空航天、能源、海洋工程、石油化工等领域的应用具有实用价值。

技术领域

本发明涉及耐高温热固性树脂基复合材料，特别涉及杂萘联苯聚芳醚腈砜增韧邻苯二甲腈树脂基纤维增强复合材料及其制备方法。

背景技术

基体树脂在复合材料中起着粘结并传递载荷应力的作用，其机械性能、耐热性、耐疲劳性能等是决定复合材料性能的关键因素。邻苯二甲腈树脂是一种高性能热固性树脂，由于其固化物具有优异的热氧稳定性、化学稳定性、低燃性、低吸水率以及良好的加工性，可作为纤维增强树脂基复合材料的基体树脂，在航空航天、能源、微电子等领域具有广泛的应用前景。虽然邻苯二甲腈树脂的高温力学性能明显优于传统热固性树脂，但仍存在质脆、耐冲击性较差等缺点，使其在某些高新技术领域的使用受到限制。

为了进一步提高邻苯二甲腈树脂及其复合材料的抗冲击韧性，加入增韧剂 (如橡胶弹性体、热塑性树脂等)是一种有效的方法。然而，由于橡胶的耐热性差、强度低，导致增韧的邻苯二甲腈树脂及其复合材料的耐热性和力学强度降低；而传统热塑性树脂，由于耐热性不够高，导致共混增韧改性后邻苯二甲腈树脂的耐热性降低。并且由于热塑性树脂与邻苯二甲腈树脂的相容性差，影响其共混树脂基体及复合材料的力学性能。因此，目前急需开发新的增韧剂，制备出具有优异耐热性和力学性能的邻苯二甲腈树脂基复合材料。

杂萘联苯聚芳醚腈砜是一类分子主链中含有扭曲、非共平面杂萘联苯结构、侧链上具有氰基侧基的非结晶耐高温热塑性树脂，其玻璃化转变温度在230～ 370℃之间可调控，且可溶解于某些极性非质子有机溶剂，不仅可采用传统热塑性树脂的注塑挤出加工成型，还可采用溶液方式加工成型，综合性能优异，尤其是高温力学性能突出。其次，由于其氰基侧基可以作为交联点参与氰基交联反应，有助于改善杂萘联苯聚芳醚腈砜与邻苯二甲腈树脂的相容性，而且可以通过调节杂萘联苯聚芳醚腈砜树脂中氰基的含量，调控其参与固话交联程度，进而调控树脂及其复合材料的力学性能和耐热性；再者，经过研究发现，与酮羰基和氰基相比，在杂萘联苯聚芳醚腈树脂的主链中引入极性更强的砜基基团，既有利于提高杂萘联苯聚芳醚腈砜增韧剂的耐热性，进而提高复合材料的耐热性能，又有利于提高增韧后树脂基体及其纤维增强复合材料的力学强度。

与本发明相关的发明专利有，发明专利CN201010028097.9公开了聚芳醚腈增韧的双邻苯二甲腈树脂玻纤复合材料及其制备方法，采用的是玻璃化转变温度为150～170℃的聚芳醚腈(PEN)热塑性树脂作为增韧剂，该增韧剂的结构与本发明不同，而且耐热性明显低于本发明涉及的杂萘联苯聚芳醚腈砜树脂 (Tg＝270～375℃)。发明专利CN201710226765.0公开了纤维织物增强含杂萘联苯结构邻苯二甲腈共混树脂基复合层压板及其制备方法，其采用的是邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈树脂，通过其端基的邻苯二甲腈基团参与固化反应，提高邻苯二甲腈树脂基复合材料的抗冲击韧性，与本发明涉及的聚合物结构不同，且参与固化反应和增韧机理不同。

发明内容

本发明提供一种杂萘联苯聚芳醚腈砜增韧邻苯二甲腈树脂基纤维增强复合材料及其制备方法，所提供的杂萘联苯聚芳醚腈砜增韧邻苯二甲腈树脂基纤维增强复合材料相比于普通邻苯二甲腈树脂及纤维增强复合材料抗冲击韧性明显提高，同时保持了优异的耐热性能；所提供的杂萘联苯聚芳醚腈砜增韧邻苯二甲腈树脂基纤维增强复合材料的制备方法具有成型工艺简单、操作方便等特点。

本发明技术方案如下：