本發(fā)明涉及聚酰亞胺樹脂復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)（-co-nh-co-）的一類聚合物，其中以含有酞酰亞胺結(jié)構(gòu)的聚合物最為重要。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域。聚酰亞胺綜合性能最佳的有機高分子材料之一，與諸多樹脂材料相比，聚酰亞胺具有阻燃性好，機械性能高，使用溫度范圍大，耐高溫性好的優(yōu)點；但聚酰亞胺樹脂材料同樣存在耐磨性差的缺陷，同時，其機械性能也需進(jìn)一步提高，因此，聚酰亞胺樹脂材料同樣需要進(jìn)行增韌、增加抗沖擊強度等增強復(fù)合改性處理，擴大其使用范圍。現(xiàn)今對聚酰亞胺樹脂材料的纖維增強改性主要采用玻璃纖維材料和碳纖維材料進(jìn)行改性處理，改性效果顯著，但玻璃纖維和碳纖維生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染大，嚴(yán)重限制了復(fù)合聚酰亞胺樹脂材料的應(yīng)用。玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無機環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來我國重點發(fā)展的四大高性能纖維之一，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過紡絲工藝制備而成的。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能，而且，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無任何危害，因而是一種名副其實的綠色、環(huán)保材料。因此，采用無毒、無污染、來源廣泛、性能優(yōu)異、穩(wěn)定好的玄武巖纖維材料來替代玻璃纖維和碳纖維對聚酰亞胺樹脂材料進(jìn)行增強，從而得到的聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料是聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料發(fā)展的新方向。但由于玄武巖纖維為無機材料，而聚酰亞胺樹脂為高分子有機材料，兩者相容性極差，且玄武巖纖維自身結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，纖維表面光滑、表面活性位點少，造成玄武巖纖維在改性過程中更難以與聚酰亞胺樹脂材料進(jìn)行化學(xué)鍵合和機械鉚合，即玄武巖纖維在聚酰亞胺樹脂材料中是獨立存在，對聚酰亞胺樹脂材料增強效果不佳，聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的性能較差。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料性能增強效果不顯著的缺陷，提供一種聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料及其制備方法；本發(fā)明方法通過對含有磷酸鋇的玄武巖纖維進(jìn)行改性處理，最后在偶聯(lián)劑的作用下與聚酰亞胺樹脂進(jìn)行偶聯(lián)、復(fù)合，從而得到玄武巖纖維與聚酰亞胺樹脂材料相容性更好的聚酰亞胺樹脂復(fù)合材料，玄武巖纖維對聚酰亞胺樹脂增強作用更好，使該復(fù)合材料性能更優(yōu)異，有利于聚酰亞胺樹脂復(fù)合材料在各個領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）改性處理：將玄武巖纖維置入改性劑a中，再加入改性劑b，反應(yīng)完全后，取出玄武巖纖維，真空或惰性氣體保護下加熱煅燒處理得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維與聚酰亞胺樹脂材料、偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。上述一種聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中所述的包括玄武巖短纖維、玄武巖長纖維、連續(xù)玄武巖纖維、玄武巖纖維棉中的一種或多種。所述的玄武巖纖維中含有磷酸鋇；磷酸鋇中含有磷酸根，磷酸根與有機基團的鍵接能力強，能降低玄武巖纖維與有機材料的極性，增加與有機材料的相容性；優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維含有質(zhì)量百分比0.1-2.0%的磷酸鋇；最優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維含有質(zhì)量百分比0.3-0.8%的磷酸鋇。所述的改性劑a為對苯二胺溶液；所述對苯二胺溶液中的溶劑為二甲基甲酞胺、二甲基乙酰胺、n一甲基毗咯烷酮、毗咤、二甲基亞砜中的一種或多種。所述的改性劑b為均苯四甲酸二酐。所述的對苯二胺與均苯四甲酸二酐的總物質(zhì)的量之比為2-4︰1；優(yōu)選的，所述的對苯二胺與均苯四甲酸二酐的總物質(zhì)的量之比為3︰1。所述的玄武巖纖維在改性劑a與改性劑b中的反應(yīng)時間為20-40min，反應(yīng)時間過短，反應(yīng)不完全，反應(yīng)時間過長，反應(yīng)過度，副反應(yīng)增加。所述的惰性氣體為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣中的一種或多種。所述煅燒處理的溫度為150-350℃，反應(yīng)時間為30-60min，溫度過高，反應(yīng)時間過長，縮聚反應(yīng)過度，聚合物分子量過大，不利于對玄武巖纖維的改性處理；最優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)的溫度為200-300℃，反應(yīng)時間為40min，反應(yīng)效果好，能源消耗低，時間短。上述一種聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的制備方法，其中步驟2中所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。所述改性玄武巖纖維的用量可根據(jù)聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料在不同應(yīng)用領(lǐng)域中要求進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的，所述改性玄武巖纖維用量是聚酰亞胺樹脂材料的1-20%。所述聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的制備方法步驟2中，還可以添加助劑；所述助劑包括分散劑、抗菌劑、抗靜電劑、阻燃劑、抗老化劑、抗紫外線劑中的一種或多種；所述助劑的種類可根據(jù)聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料在不同應(yīng)用領(lǐng)域中要求進(jìn)行針對性調(diào)整添加。所述的復(fù)合處理是指通過工藝手段將預(yù)處理玄武巖纖維與聚酰亞胺樹脂材料進(jìn)行化學(xué)鍵合，使玄武巖纖維與聚酰亞胺樹脂材料形成統(tǒng)一的整體的方法。一種聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明制備方法先利用縮聚反應(yīng)在玄武巖纖維表面形成聚酞胺酸，并使其與玄武巖纖維表面的磷酸鋇鍵接，再通過高溫?zé)崽幚硎咕厶匪崦撍纬删埘啺罚瑥亩€(wěn)定的包覆在玄武巖纖維表面，顯著增加玄武巖纖維與聚酰亞胺樹脂的相容性；最后通過復(fù)合處理，使玄武巖纖維與聚酰亞胺樹脂進(jìn)行復(fù)合增強得到性能更加優(yōu)異的聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料，本發(fā)明方法簡單、方便，適合聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的工業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料；所述聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料是通過上述制備方法制備得到的，上述制備方法得到的復(fù)合材料中聚酰亞胺樹脂與玄武巖纖維之間鍵接力強，不易產(chǎn)生相分離，相容性好，玄武纖維對聚酰亞胺樹脂的增強作用顯著增加，復(fù)合材料的性能也顯著提高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明制備方法通過對玄武巖纖維的改性處理，能顯著增加玄武巖纖維與聚酰亞胺樹脂的相容性，使玄武巖纖維與聚酰亞胺樹脂進(jìn)行復(fù)合增強得到性能更加優(yōu)異的聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。2、本發(fā)明制備方法制備得到的復(fù)合材料性能優(yōu)異，方法簡單、方便，適合聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的工業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)。3、本發(fā)明復(fù)合材料中聚酰亞胺樹脂與玄武巖纖維之間鍵接力強，不易產(chǎn)生相分離，相容性好，玄武纖維對聚酰亞胺樹脂的增強作用顯著增加，復(fù)合材料的性能也顯著提高。具體實施方式下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實施例1（1）改性處理：將含有質(zhì)量百分比0.8%磷酸鋇的玄武巖纖維置入對苯二胺的二甲基甲酞胺溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)30min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至200℃，煅燒處理40min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。實施例2（1）改性處理：將含有質(zhì)量百分比2%磷酸鋇的玄武巖纖維置入對苯二胺的二甲基乙酰胺溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)20min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至300℃，煅燒處理30min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。實施例3（1）改性處理：將含有質(zhì)量百分比0.1%磷酸鋇的玄武巖纖維置入對苯二胺的二甲基亞砜溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)40min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至150℃，煅燒處理60min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。實施例4（1）改性處理：將含有質(zhì)量百分比0.3%磷酸鋇的玄武巖纖維置入對苯二胺的毗咤溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)30min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至350℃，煅燒處理30min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。對比例1（1）改性處理：將常規(guī)玄武巖纖維置入對苯二胺的二甲基甲酞胺溶液中，再加入均苯四甲酸二酐，反應(yīng)30min后，取出玄武巖纖維，真空加熱至200℃，煅燒處理40min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將5重量份的改性玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。對比例2將5重量份的含有質(zhì)量百分比1.0%磷酸鋇的玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。對比例3將5重量份的常規(guī)玄武巖纖維與90重量份的聚酰亞胺樹脂材料、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料。將上述實施例1-4和對比例1-3中所制備得到的聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料進(jìn)行性能測試實驗記錄實驗結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：（聚酰亞胺樹脂：拉伸強度116mpa，沖擊強度31kj/m2，斷裂伸長率136%）編號聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料沖擊強度（kj/m2）聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料拉伸強度（mpa）聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料斷裂伸長率（%）實施例153186189實施例251185192實施例352181186實施例451183183對比例139167156對比例241168158對比例334136146對上述實驗數(shù)據(jù)分析可知，實施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料的缺口沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率具有顯著提升；而對比例1制備方法中采用的玄武巖纖維不含有磷酸鋇，改性后纖維與聚酰亞胺樹脂材料相容性差，與聚酰亞胺樹脂材料的化學(xué)鍵合能力差，聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料性能顯著降低；對比例2制備方法中未進(jìn)行改性處理，與聚酰亞胺樹脂材料的化學(xué)鍵合能力變差，聚酰亞胺樹脂增強復(fù)合材料性能顯著降低；對比例3制備方法中直接使用常規(guī)玄武巖纖維進(jìn)行復(fù)合，對聚酰亞胺樹脂的增強作用最差。當(dāng)前第1頁12