一種聚酰亞胺纖維預浸料及其制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種聚酰亞胺纖維預浸料及其制備方法與應用，所述聚酰亞胺纖維預浸料包含有40～80％重量含量的聚酰亞胺纖維和20～60％重量含量的樹脂。本發明提供的聚酰亞胺纖維預浸料是以聚酰亞胺長纖維或其織物作為強化纖維，通過氰酸酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺或苯并惡嗪樹脂等的浸潤而制備的一種新型預浸料。用本發明纖維預浸料加工的復合材料制品具有重量輕、耐高溫、耐輻射、阻燃等優異性能，可廣泛應用于航空航天、艦艇船舶、汽車、醫療器械等軍工產品及民用產品等諸多領域。
【專利說明】一種聚酰亞胺纖維預浸料及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及強化纖維制備【技術領域】，具體涉及一種聚酰亞胺纖維預浸料及其制備方法與應用。
【背景技術】
[0002]聚酰亞胺纖維是一種耐熱等級高、綜合性能優良的有機纖維，是當前高技術纖維的重要品種之一。聚酰亞胺纖維具有優異的耐溫性，熱分解溫度大于500°C，在-200°C至300°C能長期使用；具有很高的耐輻照性能，是一種無毒的自熄性聚合物纖維；具有良好的介電性能，介電常數為3.4左右，介電損耗為10-3，介電強度為100至300KV/_ ;具有良好的力學性能，其彈性模量可達到200Gpa ;同時聚酰亞胺纖維的密度小于碳纖維和芳綸纖維，也是一種新型的性能優異的增強材料。
[0003]纖維預浸料是把強化纖維浸潰在基體樹脂中制成的預浸料片材產品，是高性能復合材料的中間材料。目前常用的有碳纖維預浸料、玻璃纖維預浸料或芳綸纖維預浸料，但這些材料很難滿足在航空航天、艦艇船舶、醫療器械等特殊領域對材料的重量、耐高溫、耐輻射及阻燃等方面的更高要求，聚酰亞胺纖維及預浸料在這些方面確有其獨特的優勢。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的不足，本發明的首要目的在于提供一種聚酰亞胺纖維預浸料，該預浸料具有重量輕、耐高溫、耐輻射、阻燃等優異性能。
[0005]本發明的另一目的在于提供上述聚酰亞胺纖維預浸料的制備方法。
[0006]本發明的再一目的在于提供上述聚酰亞胺纖維預浸料的應用。
[0007]為解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下:
[0008]一種聚酰亞胺纖維預浸料，所述聚酰亞胺纖維預浸料包含有40~80 %重量含量的聚酰亞胺纖維和20~60%重量含量的樹脂。
[0009]所述的聚酰亞胺纖維在預浸料中的重量含量在40%至80%不等，樹脂的含量在20 %至60 %不等，二者含量之和為100 %。例如:當纖維含量占63 %時，樹脂含量占37 %;當纖維含量提高至65%時，樹脂含量占35%;而當纖維含量減低至50%時，樹脂含量占50%。纖維在預浸料中的含量要依據對預浸料物性的實際需要確定。
[0010]優選的，所述聚酰亞胺纖維為聚酰亞胺長絲、聚酰亞胺短切紗及其織物中的一種。
[0011]所述聚酰亞胺纖維可以是無捻長絲，有捻長絲，短切紗，纖維編織布等不同的纖維形態及纖維織物。
[0012]優選的，所述樹脂為氰酸酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺和苯并惡嗪樹脂中的至少一種。
[0013]上述聚酰亞胺纖維預浸料的制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)將樹脂加熱至熔融狀態后，倒入熱熔膠膜機膠槽，通過涂膜機將熔融樹脂均勻的涂覆到脫模紙上，蓋上覆蓋膜后收卷，得到樹脂膜；
[0015](2)取兩張步驟(1)制得的樹脂膜并分別揭去覆蓋膜，將聚酰亞胺纖維引出并預熱后與揭去覆蓋膜的樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理，聚酰亞胺纖維夾在兩樹脂膜含有樹脂的面之間，含浸后去除上表面的脫模紙，覆蓋上覆蓋膜后收卷，得到所述聚酰亞胺纖維預浸料。
[0016]優選的，步驟(1)所述的樹脂膜厚度為20~200g/m2。
[0017]步驟(1)中涂覆樹脂時，可以依據涂膜機上紅外線測量設備的測量值調整涂布輥的間隙，以確定所涂樹脂膜的厚度即樹脂膜的每平米克重。通常可實現的樹脂膜的每平米克重為20g~200g。當紅外顯示值接近目標生產值(每平米克重)時，可開始涂布生產，即將樹脂均勻地涂覆到脫模紙上，使所制的膠膜連續、均勻、平整。
[0018]優選的，步驟(2)所述的含浸處理中浸潰時間為3分鐘以內。
[0019]步驟(2)中的含浸處理工藝可以是本領域常用的工藝。預浸溫度的選擇依樹脂種類不同而不同，例如選用環氧樹脂時預浸溫度在110°C左右，選用氰酸酯樹脂時在125°C左右；預浸壓力以不把熔融樹脂壓出承載其的離型紙(即脫模紙)為上限，以將預浸料中的氣體全部壓出為準；聚酰亞胺纖維的張力以運行時不從樹脂中抽紗，加工后紗線不回彈起皺為準；脫模紙可以選擇本領域常用的脫模紙，規格可根據設備來選擇；常用的有1040mm和1060mm寬度的離型紙。
[0020]優選的，步驟(2)所述聚酰亞胺纖維的形態為紗或絲時，將卷有聚酰亞胺纖維紗或絲的線筒置于紗架上，將聚酰亞胺纖維紗或絲從紗筒上引出，并按照順序先后經過分絲瓷眼、篦子、打散裝置、展平裝置和預熱平臺，然后再與揭去覆蓋膜的樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理；所述聚酰亞胺纖維的形態為纖維織物時，將卷有聚酰亞胺纖維織物的卷筒放在回卷架上，引出聚酰亞胺纖維織物通過展平裝置和預熱平臺，然后再與揭去覆蓋膜的樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理。
[0021]上述聚酰亞胺纖維預浸料在軍工產品或民用產品領域中的應用。
[0022]優選的，所述軍工產品和民用產品領域具體包括航空航天、艦艇船舶、汽車、體育器材以及醫療器械領域。
[0023]相比現有技術，本發明的有益效果在于:
[0024]本發明提供的聚酰亞胺纖維預浸料具有優良的電性能，較強的力學性能，較低的密度和優異的耐高低溫性能。
【具體實施方式】
[0025]下面【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0026]實施例1
[0027]—種聚酰亞胺纖維預浸料的制備方法，包括以下步驟:
[0028](I)將無溶劑的熱熔型環氧樹脂在80°C的烘箱中加熱I小時，使環氧樹脂熔融流動后，將其倒入80°C的熱熔膠膜機的膠槽內，通過涂膜機將熔融樹脂均勻的涂覆到脫模紙上，蓋上覆蓋膜后收卷，得到40g/m2的環氧樹脂膜；
[0029](2)選用550tex的聚酰亞胺長絲，擺放密度為252根/m，將足夠多的紗線筒置于設備紗架上，將聚酰亞胺纖維束從紗筒上引出后，按一定順序使聚酰亞胺纖維束先后經過分絲瓷眼、篦子、打散裝置、展平裝置和預熱平臺；取兩張步驟(1)制得的環氧樹脂膜并分別揭去覆蓋膜，將上述引出的聚酰亞胺長絲夾在兩環氧樹脂膜含有樹脂的面之間，與揭去覆蓋膜的環氧樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理，預浸的溫度控制在115°C左右，在纖維與樹脂膜進行復合浸潰過程中，聚酰亞胺纖維不斷受到基體樹脂的浸潤，含浸后去除上表面的脫模紙，覆蓋上覆蓋膜后收卷，得到環氧樹脂重量含量約為37 %的聚酰亞胺纖維單向環氧樹脂預浸料。制得的預浸料最后卷取在紙筒芯上。
[0030]將本實施例制得的預浸料固化成型后得到制品，所得的制品密度為1.35±0.05g/cm3,抗拉強度≤160MPa，彈性模量≤3GPa，體積電阻率≤lX1015Q/cmo樹脂基復合材料的耐溫性很大程度上取決于樹脂基體，本實施例制得的預浸料固化后的制品的熱變形溫度為 135。。。
[0031]測試標準說明
[0032]制品密度的測量依照GB/T-1463-2005標準，抗拉強度和彈性模量的測量依照GB/T-1447-2005標準，體積電阻率的測量依據GB/T-1410-2006標準，熱變形溫度的測量依據GB/T-1634.2-2004標準。以下實施例的測量均依據此同樣標準。
[0033]實施例2
[0034]一種聚酰亞胺纖維預浸料的制備方法，包括以下步驟:
[0035](I)將無溶劑的熱熔型環氧樹脂在80°C的烘箱中加熱I小時，使環氧樹脂熔融流動后，將其倒入80°C的熱熔膠膜機的膠槽內，通過涂膜機將熔融樹脂均勻的涂覆到脫模紙上，蓋上覆蓋膜后收卷，得到60g/m2的環氧樹脂膜；
[0036](2)選用106tex 的聚酰亞胺長絲所織的9X9經緯密的平紋組織的織布，將布匹的卷筒放在回卷架上，引出布匹通過展平裝置、預熱平臺；取兩張步驟(1)制得的環氧樹脂膜并分別揭去覆蓋膜，將上述引出的聚酰亞胺織布夾在兩環氧樹脂膜含有樹脂的面之間，與揭去覆蓋膜的環氧樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理，預浸的溫度控制在115°C左右，在纖維與樹脂膜進行復合浸潰過程中，聚酰亞胺纖維不斷受到基體樹脂的浸潤，含浸后去除上表面的脫模紙，覆蓋上覆蓋膜后收卷，得到環氧樹脂重量含量為35%的聚酰亞胺纖維織布環氧樹脂預浸料。制得的預浸料最后卷取在紙筒芯上。
[0037]將本實施例制得的預浸料固化成型后得到制品，所得的制品密度為1.30±0.05g/cm3,抗拉強度≤145MPa，彈性模量≤3GPa，體積電阻率≤5Χ1013Ω/οιι。樹脂基復合材料的耐溫性很大程度上取決于樹脂基體，本實施例制得的預浸料固化后的制品的熱變形溫度為135°C。測試方法參考實施例1中的測試標準說明。
[0038]實施例3
[0039]一種聚酰亞胺纖維預浸料的制備方法，包括以下步驟:
[0040](I)將無溶劑的熱熔型氰酸酯樹脂在90°C的烘箱中加熱I小時，使氰酸酯樹脂熔融流動后，將其倒入90°C的熱熔膠膜機的膠槽內，通過涂膜機將熔融樹脂均勻的涂覆到脫模紙上，蓋上覆蓋膜后收卷，得到40g/m2的氰酸酯樹脂膜；
[0041](2)選用550tex的聚酰亞胺長絲，擺放密度為252根/m，將足夠多的紗線筒置于設備紗架上，將聚酰亞胺纖維束從紗筒上引出后，按一定順序使聚酰亞胺纖維束先后經過分絲瓷眼、篦子、打散裝置、展平裝置和預熱平臺；取兩張步驟(1)制得的氰酸酯樹脂膜并分別揭去覆蓋膜，將上述引出的聚酰亞胺長絲夾在兩氰酸酯樹脂膜含有樹脂的面之間，與揭去覆蓋膜的氰酸酯樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理，預浸的溫度控制在130°C左右，在纖維與樹脂膜進行復合浸潰過程中，聚酰亞胺纖維不斷受到基體樹脂的浸潤，含浸后去除上表面的脫模紙，覆蓋上覆蓋膜后收卷，得到氰酸酯樹脂重量含量約為37%的聚酰亞胺纖維單向氰酸酯樹脂預浸料。制得的預浸料最后卷取在紙筒芯上。
[0042]將本實施例制得的預浸料固化成型后得到制品，所得的制品密度為1.25±0.05g/cm3,抗拉強度≥150MPa，彈性模量≥3GPa。樹脂基復合材料的耐溫性很大程度上取決于樹脂基體，本實施例制得的預浸料固化后的制品的熱變形溫度為225°C。測試方法參考實施例1中的測試標準說明。
[0043]上述實施方式僅為本發明的優選實施方式，不能以此來限定本發明保護的范圍，本領域的技術人員在本發明的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬于本發明所要求保護的范圍。
【權利要求】
1.一種聚酰亞胺纖維預浸料，其特征在于:所述聚酰亞胺纖維預浸料包含有40~80%重量含量的聚酰亞胺纖維和20~60%重量含量的樹脂。
2.根據權利要求1所述的聚酰亞胺纖維預浸料，其特征在于:所述聚酰亞胺纖維為聚酰亞胺長絲、聚酰亞胺短切紗及其織物中的一種。
3.根據權利要求1所述的聚酰亞胺纖維預浸料，其特征在于:所述樹脂為氰酸酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺和苯并惡嗪樹脂中的至少一種。
4.權利要求1至3中任一項所述聚酰亞胺纖維預浸料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將樹脂加熱至熔融狀態后，倒入熱熔膠膜機膠槽，通過涂膜機將熔融樹脂均勻的涂覆到脫模紙上，蓋上覆蓋膜后收卷，得到樹脂膜； (2)取兩張步驟(1)制得的樹脂膜并分別揭去覆蓋膜，將聚酰亞胺纖維引出并預熱后與揭去覆蓋膜的樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理，聚酰亞胺纖維夾在兩樹脂膜含有樹脂的面之間，含浸后去除上表面的脫模紙，覆蓋上覆蓋膜后收卷，得到所述聚酰亞胺纖維預浸料。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于:步驟⑴所述的樹脂膜厚度為20~200g/m2。
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的含浸處理中浸潰時間為3分鐘以內。
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述聚酰亞胺纖維的形態為紗或絲時，將卷有聚酰亞胺纖維紗或絲的線筒置于紗架上，將聚酰亞胺纖維紗或絲從紗筒上引出，并按照順序先后經過分絲瓷眼、篦子、打散裝置、展平裝置和預熱平臺，然后再與揭去覆蓋膜的樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理；所述聚酰亞胺纖維的形態為纖維織物時，將卷有聚酰亞胺纖維織物的卷筒放在回卷架上，引出聚酰亞胺纖維織物通過展平裝置和預熱平臺，然后再與揭去覆蓋膜的樹脂膜一同進入復合預浸區進行含浸處理。
8.權利要求1至3中任一項所述聚酰亞胺纖維預浸料在軍工產品或民用產品領域中的應用。
9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于:所述軍工產品和民用產品領域具體包括航空航天、艦艇船舶、汽車、體育器材以及醫療器械領域。
【文檔編號】C08L79/08GK104130548SQ201410366226
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】張皓瑜, 呂曉義, 何平, 侯豪情, 李冬松, 陳 勝 申請人:深圳市惠程電氣股份有限公司