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苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂合成

点击次数:58    发布日期:2022-12-10   本文链接:http://www.pibomo.com/news/985.html

20世纪90年代,NASA开发了以苯乙炔苯酐(4-PEPA) 封端的树脂基体,由于4-PEPA的交联温度比双马和NA封端的PMR树脂高100℃左右,即将固化反应的温度向高温一侧扩展,使得加工窗口变宽。

P E T I - 5是**个研发成功的P E T I 树脂,后续在PETI-5的基础上进行改性得到了一系列的适用于RTM工艺的聚酰亚胺树脂(如PETI-298[6]、PETI-330等)。研究合成RTM聚酰亚胺树脂时,很多专家选用异构联苯二酐(3,4-BPDA),从而达到树脂具有良好耐热性的前提下,还具有高韧性和低流动性,能实现低成本的RTM工艺技术。

在后续的研究中发现,使用分子链具有高度的不对称性的a-BPDA可以合成具有更低的熔体粘度的聚酰亚胺且其固化后具有更高的Tg。其Tg为330℃且280℃时黏度0.06~0.09Pa·s,低粘工艺时间超过2h,满足RTM工艺对工艺性的需求。

以PETI-330为基础,引入刚性二胺TFMBZ,固化得到PETI-375树脂,Tg为375℃。PETI-375相较于PETI-298和PETI-330树脂Tg更高,其工艺性能稳定。PETI-375 树脂是目前开发的能适用于RTM工艺的Tg**的树脂。

目前液态成型聚酰亚胺树脂及工艺技术基本成熟,主要产品为PETI-330和PETI-375或与它们结构相似的聚酰亚胺树脂在苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂部分国内也于20 0 0年左右也开始了适用于RTM成型聚酰亚胺树脂的研究工作,中国科学院化学研究所的杨世勇等使用4-苯乙炔苯酐(4-PEPA)、2,3,3′4′-联苯四酸二酐(a-BPDA)、1,4-双(4′-氨基-2′-三氟甲基苯氧基)苯(BTPB)和1,4-对苯二胺( p-PDA)合成了两种苯乙炔苯酐封端的聚酰亚胺低聚物PI-1和PI-2,并对低聚物的熔体粘度稳定性和热性能等进行系统研究。

两种低聚物在280℃均具有较低的溶体粘度。且PI-1低聚物在280℃恒温2h的过程中表现出很好的熔体粘度稳定性,使其非常适宜采用RTM成形工艺制备树脂基复合材料。实验结果表明:采用热亚胺化方法制备的低聚物在280℃时表现出低的熔体粘度和良好的熔体粘度稳定性,可用于RTM成型工艺制备树脂基复合材料。

北京航空材料研究院邢军等文将不同组分的二酐、二胺和封端剂4-PEPA进行排列,合成出不同的预聚体,进而对PETI聚酰亚胺树脂进行优化。研究分于量对优化体系的热失重、耐热性能、粘度、玻璃化转变温度的影响。以耐热性能为例。相对于PMR 15树脂的5%失重处的温度为483℃而言,以4-PEPA封端的PETI树脂耐热忭均明显提高。

结果表明:以苯乙炔苯酐(4-PEPA)为封端基,选择非对称的二酐(a-BPDA),引入3,4’-二笨醚二胺(3,4'-ODA)和4,4’-二苯醚二胺(4,4'-ODA)等比例合成出低粘度的树脂,当分子量为750g/mol时,该PETI聚酰咂胺树脂能满足

RTM工艺要求,能够实现高温复合材料的低成本制造。中航工业复合材料技术中心包建文等以苯乙炔苯酐(4-PEPA)为封端剂,异构联苯四甲酸二酐(α-BPDA)作为二酐单体,通过选择合适的二胺单体及优化配比,研制了耐温等级高于350℃,适用于RTM工艺的聚酰亚胺基体树脂HT-350RTM,并使用U3160单向碳纤维织物作为增强体,采用RTM工艺制备了HT-350RTM树脂基复合材料层合板。其树脂合成原理如图3所示。通过适当调节二胺及二酐的比例,经过酰胺化及酰胺酸的热亚胺化等途径,合成了6种分子量的RTM聚酰亚胺树脂,并对其进行了耐热性能与流变性能的表征。

RTM聚酰亚胺的Tg随着原料比例的改变发生着显著的变化,可见通过改变原料配比能够达到控制玻璃化转变温度的目的。采用RTM工艺制备的U3160单向碳纤维织物增强HT-350RTM复合材料层合板内部质量良好。

*终研究发现H T - 3 5 0 R T M 树脂**黏度可达390mPa·s,在280℃下保持黏度低于1Pa·s的时间大于2h,能够满足RTM工艺的要求。经过高温固化后,HT350RTM树脂的玻璃化转变温度为392℃,热分解温度(分解5%)高达537℃。采用RTM工艺制备的U3160/HT-350RTM复合材料层合板孔隙率仅为0.34%。

 



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