一種飛機發動機周邊聚酰亞胺耐高溫復合材料的制備
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種玻璃纖維增強聚酰亞胺耐高溫復合材料，特別是連續玻璃纖維增 強聚酰亞胺材料及其制備方法，屬于高分子材料領域。
【背景技術】
[0002] 聚酰亞胺是一類主鏈上含有酰亞胺環的高分子材料。由于主鏈上含有芳香環，它 作為先進復合材料基體，具有突出的耐溫性能和優異的機械性能，是目前樹脂基復合材 料中耐溫性最高的材料之一。
[0003] 本項目使用熱塑性聚酰亞胺樹脂為基體，通過將其與玻璃纖維復合，制備200攝 氏度下剛性超過PEEK 3倍、熱膨脹系數降低20%，是特定條件下可替代金屬、陶瓷、熱固性 樹脂、低溫熱塑性塑料和難加工的聚酰亞胺的理想材料，用于飛機發動機軸承和軸瓦等耐 高溫油氣環境的合金材料，可減輕發動機重量和提高發動機推重比。應用熱塑性樹脂制備 飛機發動機零部件，比金屬材料和熱固性材料在設計和成型上更方便；該零部件可防靜電， 可與金屬接觸；具有一定的阻燃性。
【發明內容】
[0004] 由于采用傳統加工工藝生產的玻璃纖維增強聚酰亞胺材料，玻璃纖維在樹脂內的 長徑比偏小，且長度分布范圍較大，導致玻璃纖維在樹脂內的增強效果不能得到充分發揮， 使其在改性塑料方面的應用受到限制。本發明提供了一種連續玻璃纖維增強聚酰亞胺材料 的制備方法，有效增加了玻璃纖維在樹脂內的長徑比，大大提高了材料的力學性能。
[0005] 本發明的制備方法包括以下步驟： (1) 、將聚酰亞胺樹脂在150~175°C條件下進行烘干處理； (2) 、將原材料聚酰亞胺樹脂、熱穩定劑、抗氧劑按配方質量百分比例加入到混合機內， 在常溫下進行均勻混合； (3) 、將上述混合后的物料加入到擠出機料桶內，通過雙螺桿擠出機進行熔融擠出。擠 出機機筒加工溫度設定為390~410°C，主機螺桿轉速為220~250r. mirT1，主喂料轉速為 10 ~18r. mirf1 ; (4) 、將連續玻璃纖維束先通過敞開式烘箱進行干燥處理，烘箱溫度為90~KKTC，然 后把連續玻璃纖維從特制擠出機模頭穿過，同時擠出機開始進行熔融擠出。在模頭內，連續 玻璃纖維與完全烙融的樹脂匯合，連續玻璃纖維在模頭內被強行分散開的同時完全浸漬在 熔融樹脂內。被樹脂熔體完全包覆的長玻纖被從模頭牽引出，經過風冷裝置進行冷卻，在牽 引機的牽引下，將料條送入到切粒機內進行切粒，即生成出連續玻璃纖維增強聚酰亞胺材 料。
[0006] 下面通過具體的實施例對本發明專利進行具體描述： 實施例1 : 按照質量百分比，將70份線性聚酰亞胺樹脂，0. 2份熱穩定劑(三堿式硫酸鉛)，0. 1份 抗氧劑(亞磷酸三酯TNP)共同在混合機內進行均勻混合，然后將混合物倒入擠出機料桶內。 把30份連續連續玻璃纖維通過烘箱干燥處理，烘箱溫度為KKTC，再把連續玻璃纖維從擠 出機模頭穿過，同時開啟擠出機。擠出機機筒加工溫度為390~410°C，擠出機共設八段， 第一段和第二段為390°C，第三段和第四段為395°C，其它幾段為410°C，主機螺桿轉速為 220r.min-l，主喂料轉速為10r.min-l，熔融樹脂在模頭內將連續玻璃纖維完全浸漬后從 模頭擠出，再經過冷卻、風干、牽引，最后切成長度為5_的顆粒。
[0007] 實施例2 : 按照質量百分比，將70份線性聚酰亞胺樹脂，0. 2份熱穩定劑(三堿式硫酸鉛)，0. 1份 抗氧劑(亞磷酸三酯TNP)共同在混合機內進行均勻混合，然后將混合物倒入擠出機料桶內。 把30份連續連續玻璃纖維通過烘箱干燥處理，烘箱溫度為KKTC，再把連續玻璃纖維從擠 出機模頭穿過，同時開啟擠出機。擠出機機筒加工溫度為390~410°C，擠出機共設八段， 第一段和第二段為390°C，第三段和第四段為395°C，其它幾段為410°C，主機螺桿轉速為 220r.min-l，主喂料轉速為10r.min-l，熔融樹脂在模頭內將連續玻璃纖維完全浸漬后從 模頭擠出，再經過冷卻、風干、牽引，最后切成長度為8_的顆粒。
[0008] 實施例3 : 按照質量百分比，將70份線性聚酰亞胺樹脂，0. 2份熱穩定劑(三堿式硫酸鉛)，0. 1份 抗氧劑(亞磷酸三酯TNP)共同在混合機內進行均勻混合，然后將混合物倒入擠出機料桶內。 把30份連續連續玻璃纖維通過烘箱干燥處理，烘箱溫度為KKTC，再把連續玻璃纖維從擠 出機模頭穿過，同時開啟擠出機。擠出機機筒加工溫度為390~410°C，擠出機共設八段， 第一段和第二段為390°C，第三段和第四段為395°C，其它幾段為410°C，主機螺桿轉速為 220r.min-l，主喂料轉速為10r.min-l，熔融樹脂在模頭內將連續玻璃纖維完全浸漬后從 模頭擠出，再經過冷卻、風干、牽引，最后切成長度為Ilmm的顆粒。
[0009] 實施例4 : 按照質量百分比，將70份線性聚酰亞胺樹脂，0. 2份熱穩定劑(三堿式硫酸鉛)，0. 1份 抗氧劑(亞磷酸三酯TNP)共同在混合機內進行均勻混合，然后將混合物倒入擠出機料桶內。 把30份連續連續玻璃纖維通過烘箱干燥處理，烘箱溫度為KKTC，再把連續玻璃纖維從擠 出機模頭穿過，同時開啟擠出機。擠出機機筒加工溫度為390~410°C，擠出機共設八段， 第一段和第二段為390°C，第三段和第四段為395°C，其它幾段為410°C，主機螺桿轉速為 220r.min-l，主喂料轉速為10r.min-l，熔融樹脂在模頭內將連續玻璃纖維完全浸漬后從 模頭擠出，再經過冷卻、風干、牽引，最后切成長度為14mm的顆粒。
[0010] 實施例5 : 按照質量百分比，將70份線性聚酰亞胺樹脂，0. 2份熱穩定劑(三堿式硫酸鉛)，0. 1份 抗氧劑(亞磷酸三酯TNP)共同在混合機內進行均勻混合，然后將混合物倒入擠出機料桶內。 把30份連續連續玻璃纖維通過烘箱干燥處理，烘箱溫度為KKTC，再把連續玻璃纖維從擠 出機模頭穿過，同時開啟擠出機。擠出機機筒加工溫度為390~410°C，擠出機共設八段， 第一段和第二段為390°C，第三段和第四段為395°C，其它幾段為410°C，主機螺桿轉速為 220r.min-l，主喂料轉速為10r.min-l，熔融樹脂在模頭內將連續玻璃纖維完全浸漬后從 模頭擠出，再經過冷卻、風干、牽引，最后切成長度為17_的顆粒。
[0011] 實施例6: 按照質量百分比，將70份線性聚酰亞胺樹脂，0. 2份熱穩定劑(三堿式硫酸鉛)，0. 1份 抗氧劑(亞磷酸三酯TNP)共同在混合機內進行均勻混合，然后將混合物倒入擠出機料桶內。 把30份連續連續玻璃纖維通過烘箱干燥處理，烘箱溫度為KKTC，再把連續玻璃纖維從擠 出機模頭穿過，同時開啟擠出機。擠出機機筒加工溫度為390~410°C，擠出機共設八段， 第一段和第二段為390°C，第三段和第四段為395°C，其它幾段為410°C，主機螺桿轉速為 220r.min-l，主喂料轉速為10r.min-l，熔融樹脂在模頭內將連續玻璃纖維完全浸漬后從 模頭擠出，再經過冷卻、風干、牽引，最后切成長度為20_的顆粒。
[0012] 將以上六個實例制得的產品參照GB/T 17037. 1-1997注塑成型，取得標準樣件。
[0013] 材料按下列標準進行檢測：結果見表1。
[0014] 表1 :實例1，2, 3,4, 5,6產品力學性能及其保持率
【主權項】
1. 一種連續玻璃纖維增強聚酰亞胺材料，其主要特征在于配方體系中各組分的質量百 分含量為：聚酰亞胺40~70wt%，玻璃纖維30~60wt%，0? 2~0? 6wt%的熱穩定劑，0? 1~ 0. 3wt%的抗氧劑。2. 根據權利要求1所述的一種連續玻璃纖維增強聚酰亞胺材料，其特征在于：制備此 種材料的設備為本公司自主設計的特殊結構的浸潤式擠出機模頭，該模頭設有加熱裝置， 可防止由于模頭溫度低而降低熔融樹脂流動性，有效提高了纖維浸潤效果，解決了纖維浸 潤不完全的現象，纖維走向與擠出料條方向一致。3. 根據權利要求1所述的一種連續玻璃纖維增強聚酰亞胺材料，其特征在于：所述的 連續玻璃纖維直徑為10~15 y m，造粒后，玻璃纖維與料粒等長，長度為5~20mm，纖維有 效長徑比可達到300~2000,纖維沿軸線方向平行排列。4. 根據權利要求1所述的一種連續玻璃纖維增強聚酰亞胺材料，其特征在于：所述的 聚酰亞胺為現有的商品化的線性聚酰亞胺樹脂。5. 根據權利要求1所述的一種連續玻璃纖維增強聚酰亞胺材料，其特征在于：所述的 熱穩定劑為三堿式硫酸鉛）〇. 2~0. 6wt，抗氧劑為亞磷酸三酯TNP。
【專利摘要】本發明提供了一種飛機發動機周邊聚酰亞胺耐高溫復合材料及其制備方法。材料組分的質量比為：聚酰亞胺70-90wt%，短切玻璃纖維10-30wt%，熱穩定劑（三堿式硫酸鉛）0.2～0.6wt%，抗氧劑（亞磷酸三酯TNP）0.1～0.3wt%。其加工工藝：先將聚酰亞胺樹脂在150～175℃條件下進行烘干處理，然后將聚酰亞胺樹脂、熱穩定劑、抗氧劑進行共混；再將共混物加入到雙螺桿擠出機內通過特制模頭進行熔融擠出，加工溫度在390～410℃；將連續玻璃纖維進行預熱干燥處理；再將連續玻璃纖維通過特制模頭，在模頭內與樹脂熔體匯合，在模頭內經過一段距離后連續玻璃纖維束被樹脂熔體完全浸漬，并同時從特制模頭口擠出；最后經過冷卻、干燥、切粒，即可得到連續玻璃纖維增強聚酰亞胺材料。該方法工藝簡單，生產設備容易操作，產品性能優良。
【IPC分類】C08J5/04, B29C70/54, C08L79/08, C08K7/14, C08K5/524, C08K3/30
【公開號】CN104974522
【申請號】CN201410144739
【發明人】史玉龍, 王海波, 馬俊杰
【申請人】黑龍江鑫達企業集團有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月12日