基體材料 >> 高性能樹(shù)脂

龍飛龍翔

  <br>   <br>  　　高性能樹(shù)脂通常具有優(yōu)良的物理、力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、耐化學(xué)腐蝕等綜合性能，其中尤以耐高溫性能最重要。它們的問(wèn)世給復(fù)合材料提供了高性能的基體材料，促進(jìn)了復(fù)合材料迅速地向高性能復(fù)合材料（Advanced Composite Materials, ACM）的發(fā)展，從而促使宇航、航空、太空武器、先進(jìn)軍事武器、電子技術(shù)等以更驚人的速度發(fā)展。<br>　　目前，用作為高性能復(fù)合材料基體材料的高性能樹(shù)脂主要有以下幾類(lèi)：<br>　　1、聚酰亞胺<br>　　這類(lèi)樹(shù)脂具有以下特性：①在寬廣的溫度范圍內(nèi)保持高的強(qiáng)度。②高的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性。③優(yōu)良的磨蝕特性。④優(yōu)良的電性能，在高溫下電性能基本保持恒定。⑤具有自熄性能，發(fā)煙量小。<br>　　聚酰亞胺可分成縮聚型和加聚型兩種。<br>　?。?）縮聚型聚酰亞胺 縮聚型芳香族聚酰亞胺是由芳香族二元胺和芳香族二酐、芳香族四羧酸或芳香族四羧酸二烷酯反應(yīng)而制得的。由于縮聚型聚酰亞胺的合成反應(yīng)是在諸如二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等高沸點(diǎn)質(zhì)子惰性的溶劑中進(jìn)行的，而聚酰亞胺復(fù)合材料通常是采用預(yù)浸料成型工藝，這些高沸點(diǎn)質(zhì)子惰性的溶劑在預(yù)浸料制備過(guò)程中很難揮發(fā)干凈，同時(shí)在聚酰胺酸環(huán)化（亞胺化）期間亦有揮發(fā)物放出，這就容易在復(fù)合材料制品中產(chǎn)生孔隙，難以得到高質(zhì)量、沒(méi)有孔隙的復(fù)合材料。因此縮聚型聚酰亞胺已較少用作復(fù)合材料的基體樹(shù)脂，主要用來(lái)制造聚酰亞胺薄膜和涂料。 <br>　　（2）加聚型聚酰亞胺 由于縮聚型聚酰亞胺具有如上所述的缺點(diǎn)，為克服為些缺點(diǎn)，相繼開(kāi)發(fā)出了加聚型聚酰亞胺。目前獲得廣泛應(yīng)用的主要有聚雙馬來(lái)酰亞胺和降冰片烯基封端聚酰亞胺。通常這些樹(shù)脂都是端部帶有不飽和基團(tuán)的低相對(duì)分子質(zhì)量聚酰亞胺，應(yīng)用時(shí)再通過(guò)不飽和端基進(jìn)行聚合。<br>　　①聚雙馬來(lái)酰亞胺 聚雙馬來(lái)酰亞胺是由順丁烯二酸酐和芳香族二胺縮聚而成的。它與聚酰亞胺相比，性能不差上下，但合成工藝簡(jiǎn)單，后加工容易，成本低，可以方便地制成各種復(fù)合材料制品。但固化物較脆。<br>　?、诮当┗舛司埘啺窐?shù)脂 其中最重要的是由NASA Lewis研究中心發(fā)展的一類(lèi)PMR（for insitu polymerization of monomer reactants, 單體反應(yīng)物就地聚合）型聚酰亞胺樹(shù)脂。RMR型聚酰亞胺樹(shù)脂是將芳香族四羧酸的二烷基酯、芳香族二元胺和5-降冰片烯-2，3-二羧酸的單烷基酯等單體溶解在一種嘗基醇（例如甲醇或乙醇）中，為種溶液可直接用于浸漬纖維。<br>　　2、聚砜和聚醚砜<br>　　聚砜和聚醚砜是由雙酚-A或雙酚-S鈉鹽和4，4'-二氯二苯砜之間的親核取代反應(yīng)制得的。聚砜和聚醚砜具有下述特性：①具有優(yōu)良的耐熱及耐熱老化性，其優(yōu)良的力學(xué)性能可以保持到200℃；②在寬廣的溫度和頻率范圍內(nèi)具有優(yōu)良的電性能；③具有優(yōu)良的耐X射線、β射線和γ射線性能；④具有優(yōu)良的耐火焰作用；⑤純樹(shù)脂制品具有透明性。<br>　　3、聚苯硫醚<br>　　聚苯硫醚是目前被認(rèn)為耐熱性最佳的聚合物之一。從聚合物在空氣中和氮?dú)庵械臒崾е胤治隹梢钥闯觯€型聚合物可穩(wěn)定到400℃。它可以在300℃短期受載，在240℃時(shí)可以長(zhǎng)期使用。它具有特別顯著的耐化學(xué)腐蝕性能，經(jīng)高溫、長(zhǎng)期在腐蝕介質(zhì)中使用后，聚合物的性能仍然保持完好。聚苯硫醚對(duì)玻璃、陶瓷、金屬都有較好的粘結(jié)性能，用玻璃纖維增強(qiáng)時(shí)，不要求玻璃纖維經(jīng)偶聯(lián)劑處理。它的成型制品性能較好。 <br>　　4、聚芳醚酮<br>　　聚芳醚酮中最重要的是聚醚醚酮（PEEK），是由4，4'-二氟二苯甲酮、對(duì)苯二酚、碳酸鉀或碳酸鈉在二苯砜溶劑中合成制得的。<br>　　PEEK熱變形溫度在160℃左右，有相當(dāng)好的熱穩(wěn)定性，它最高長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)200℃，在200℃下使用壽命可達(dá)5×104h左右。PEEK具有優(yōu)良的長(zhǎng)期耐蠕變性能和疲勞特性，它在高交變外力作用下經(jīng)幾萬(wàn)次循環(huán)仍保持完好。<br>　　PEEK有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，除一些如濃硫酸、氯磺酸等強(qiáng)酸外，在常溫下幾乎可以耐所有的化學(xué)試劑。<br>　　PEEK具有優(yōu)良的耐X射線、β射線和γ射線性能，能承受高劑量的輻射而不明顯地改變其性能。并具有優(yōu)良的電絕緣性能。 <br>　　PEEK具有良好的阻燃性，其氧指數(shù)較高，厚度1.6mm的制品，阻燃性可達(dá)UL94V-0級(jí)。<br>EEK對(duì)碳纖維有較好的粘結(jié)性，經(jīng)碳纖維增強(qiáng)的PEEK的力學(xué)性能和耐熱性能都有明顯的提高。<br>EEK具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐輻射和易加工的綜合性能，已在核工業(yè)、航天航空工業(yè)和化學(xué)工業(yè)等獲得應(yīng)用。<br>　　5、其它高性能樹(shù)脂<br>　　（1）聚苯并咪唑 聚苯并咪唑（PBI）是由芳香族四元胺和芳香族二羧酸的衍生物縮聚制得的。它具有優(yōu)良的耐高溫性能，可用作耐高溫粘結(jié)劑和復(fù)合材料基體。但復(fù)合材料成型需要高的成型壓力，以減少?gòu)?fù)合材料制品的空隙率。<br>　?。?）聚喹惡啉 聚喹惡啉是由芳香族四元胺和芳香族四羰基化合物縮聚而成的。它在空氣中可以一直穩(wěn)定到310℃左右，到達(dá)370℃左右則發(fā)生嚴(yán)重的熱氧化降解。如果與氮原子相鄰的氫被苯基取代，它的熱穩(wěn)定性有很大的提高。如果用諸如乙炔基或乙烯基等活性基團(tuán)取代，雖然熱穩(wěn)定性有所降低，但可以改善聚喹惡啉的加工性能。<br>　?。?）聚苯乙烯吡啶 聚苯乙烯吡啶是一種新的聚芳香雜環(huán)聚合物，簡(jiǎn)稱(chēng)作PSP樹(shù)脂。它是由芳香族二醛和吡啶的甲基衍生物?？刂品磻?yīng)條件可以得到適合于浸漬各種纖維狀增強(qiáng)材料的液體樹(shù)脂、能溶于乙醇或乙醇-丙酮溶劑的固體樹(shù)脂、僅能溶解于諸如N-甲基吡咯烷酮或二甲基甲酰胺等極性溶劑的固體樹(shù)脂、以及適合于壓塑或注塑成型的固體樹(shù)脂。固化的PSP樹(shù)脂有良好的熱穩(wěn)定性。<br> <br>