热固性聚酰亚胺复合材料的制备及性能研究

聚酰亚胺材料的制备及其在复合材料中的应用研究随着科技的发展，聚酰亚胺材料的应用越来越广泛。

聚酰亚胺材料是一种高性能的聚合物材料，具有很好的耐高温、高强度、抗腐蚀、绝缘等性能。

在航空、汽车、船舶、电子和光学等领域中得到了广泛的应用。

本文将主要探讨聚酰亚胺材料的制备方法以及其在复合材料中的应用。

一、聚酰亚胺材料的制备方法聚酰亚胺材料可以通过多种途径制备，包括熔融聚合法、溶液聚合法、原位聚合法和热压成型法等。

其中，熔融聚合法和溶液聚合法是最为常用的制备方法。

（一）熔融聚合法熔融聚合法是将聚合物单体或预聚物直接在高温下熔融，经反应生成聚酰亚胺聚合物。

通常使用的聚合物单体包括亚苯基异氰酸酯、二酸二酐和二胺等。

熔融聚合法具有反应时间短、操作简便、不需要溶剂等优点，但聚酰亚胺材料的分子量和物理性能相对较低。

（二）溶液聚合法溶液聚合法是将聚合物单体或预聚物溶于合适的溶剂中，在适当的条件下反应生成聚酰亚胺聚合物。

溶液聚合法具有产物纯度高、对单体选择性好、分子量可调、成品物理性能好等优点。

常用的溶剂包括二甲亚醇、N，N-二甲基乙酰胺等。

二、聚酰亚胺材料在复合材料中的应用聚酰亚胺材料因其优异的物理性能，成为制备复合材料的重要基体材料。

本节将主要介绍聚酰亚胺材料在碳纤维增强复合材料和环氧树脂复合材料中的应用。

（一）碳纤维增强聚酰亚胺复合材料碳纤维增强聚酰亚胺复合材料具有很高的力学强度和刚度，广泛应用于航空、航天和汽车等领域。

在制备碳纤维增强复合材料时，通常采用浸涂法或预浸法将聚酰亚胺材料浸入碳纤维增强材料的预制体中，然后在高温下固化。

聚酰亚胺材料具有高温稳定性，与碳纤维具有良好的界面结合，可以使复合材料在高温和高压环境下具有较好的力学性能和稳定性。

（二）环氧树脂聚酰亚胺复合材料环氧树脂复合材料是一种广泛应用的结构材料，其中加入聚酰亚胺可以提高材料的热稳定性和机械性能。

在制备环氧树脂聚酰亚胺复合材料时，可以先预制聚酰亚胺单体的预聚物，再将其与环氧树脂混合制备成复合材料。

聚酰亚胺复合材料力学性能研究聚酰亚胺（PI）是一种具有良好高温稳定性、高强度、高刚度、低膨胀系数、抗热膨胀及化学腐蚀等优异性能的高分子材料，被广泛应用于航空、航天、电子通讯等领域。

近年来，PI基复合材料作为一种新型材料备受瞩目，其可在保持PI基高性能的同时，兼具优异的界面性能和加工性能。

因此，对PI复合材料力学性能的研究显得尤为重要。

其力学性能的研究主要包括材料的力学性能测试、界面力学性能的测试和尺寸效应的研究。

一、材料的力学性能测试PI基复合材料通常采用拉伸、压缩和剪切等多种实验方法进行力学性能评价。

由于PI材料的耐高温性好，因此高温环境下的力学性能测试也十分重要。

例如高温拉伸试验就是一种可以同时测量温度和载荷的方法，该试验对于研究高温下PI 基材料的力学性能、结构演化以及材料的高温损伤具有较大的意义。

另外，随着复合材料应用领域的不断扩大，对材料的疲劳性能也提出了更高的要求。

疲劳性能是复合材料耐久性的重要指标，波形使用、拉伸循环的方式下进行疲劳实验可以评价材料的疲劳性能、寿命以及其耐久性能。

二、界面力学性能测试由于PI基复合材料中最主要的为纤维增强体和基体的界面性能，因此对于界面性的测试显得尤其重要。

复合材料中纤维和基体之间的粘结状态是复合材料力学性能的关键，也是限制复合材料性能提高的重要因素。

一般来说，由于PI材料具有高分子材料的特点，其界面黏接性能较差，因此需要采取合适的方法进行改善。

目前常用的界面性能测试方法为剪切试验、单丝拉伸实验、模板法、化学测试法和小孔微型拉伸试验法等。

其中模板法可以准确测定不同粘结强度的纤维和基体之间的界面粘结强度，这种方法可以给出界面处的粘结强度作为评价界面粘结性的唯一参数。

三、尺寸效应的研究尺寸效应指材料性能与样品尺寸相关的现象。

对于复合材料来说，其高强度的性能使得一些具有微观缺陷的局部变形后很难得到显著的扩展。

因此，尺寸效应是影响复合材料易损性和材料设计的重要因素。

聚酰亚胺材料的制备及其应用聚酰亚胺材料是一种具有优异性能的高分子材料，广泛应用于航空航天、汽车、新能源等行业。

其高强度、高硬度、高温稳定性、化学稳定性、自润滑性等特性，使其在工程领域具有广阔的应用前景。

本文将介绍聚酰亚胺材料的制备方法及其应用。

一、聚酰亚胺材料的制备方法1.盐酸催化法盐酸催化法是一种简单、环保的聚酰亚胺制备方法。

该方法的原理是在催化剂的作用下，将二胺和二酸加入反应容器中，通过热反应产生聚酰亚胺。

制备过程简单，反应条件温和，适用于大规模生产。

2.磺酸催化法磺酸催化法是一种主要用于聚酰亚胺薄膜制备的方法。

该方法是在催化剂的作用下，将二胺和二酸加入反应容器中，通过溶剂蒸发和热处理等步骤，制备出聚酰亚胺薄膜。

制备过程需要精密的控制条件和设备，但薄膜的性能良好，适用于电子和光学器件等领域。

3.交联聚合法交联聚合法是一种通过交联剂交联聚酰亚胺的方法。

该方法是在催化剂的作用下，将二胺和多酸或多醇加入反应容器中，通过加入交联剂使聚酰亚胺交联形成三维网络结构。

制备过程需要控制反应条件和交联剂的种类和用量，但交联聚酰亚胺具有优异的机械性能和耐高温性能，适用于复杂结构的构件制造。

二、聚酰亚胺材料的应用1.航天航空领域聚酰亚胺材料具有优异的高温稳定性和耐腐蚀性能，被广泛应用于航天航空领域。

例如，在火箭、卫星、飞机等载具的结构部件、推进系统和热保护系统中都有应用。

聚酰亚胺材料的高强度和刚性也使其适用于高负荷工作条件下的零部件制造。

2.汽车行业聚酰亚胺材料的高硬度和高强度特性，使其在汽车行业具有广泛的应用前景。

例如，聚酰亚胺制成的刹车盘、摩擦片和轮毂等零部件具有更好的制动性能和耐磨性能。

此外，聚酰亚胺材料在汽车发动机的密封件、垫片和滤清器等领域也有应用。

3.新能源领域聚酰亚胺材料的高耐高温特性，使其在新能源领域有广泛的应用前景。

例如，在太阳能电池板和燃料电池的构件中都可以使用聚酰亚胺材料。

此外，聚酰亚胺薄膜也可以作为能源储存设备的隔膜使用。

热固性聚酰亚胺研究进展摘要：热固性聚酰亚胺作为一类先进的基体树脂，在航空航天、印制电路板、高温绝缘材料等领域的应用不断扩大。

相对于热塑性聚酰亚胺来说，热固性聚酰亚胺具有更好的可加工性能。

而且，其加工窗口温度可通过变换不同反应性端基来实现。

若选用合适的反应性端基，其在固化时无小分子挥发物放出。

对热固性聚酰亚胺的研究现状分类作了综述，对降冰片烯、烯丙基降冰片烯、乙炔基、苯乙炔基、马来酰亚胺、苯基马来酰亚胺、苯并环丁烯等封端型热固性聚酰亚胺的研究进展进行了重点阐述。

【1】。

关键字：聚酰亚胺热固性封端剂发展概述当世界上对芳环和杂环结构的高温聚合物的研究仍然相当活跃，尤其在高技术材料领域离不开高温聚合物的开发，如聚苯硫醚、聚醚矾、聚苯并咪哇、聚苯并唾哇、聚苯并哇、聚唾握琳和聚酰亚胺等，其中最为成功的材料数聚酸亚胺。

聚酰亚胺原料易得价廉，机械性能、电学性能和摩擦性能等优异，被广泛应用于各个领域，其形式可以是纤维、薄膜和塑料等，其中用作复合材料的树脂基体成为重要的一部分。

聚酰亚胺的复合工艺通常是把聚酞胺酸溶于极性溶剂如N一甲基毗咯烷酮、二甲基甲酞胺，用其浸渍纤维，最后亚胺化并压制成品。

由于溶剂存在(亲和性好，极难除尽)会引起增塑，环化产生的水易导致形成多孔材料，影响最终材料的高温性能，因此，热固性聚酰亚胺引起研究者极大兴趣。

热固性聚酰亚胺是一种含有亚胺环和反应活性端基的低分子量物质或齐聚物，在热或光引发下发生交联而无小分子化合物放出。

按其结构可分为：降冰片烯封端的聚酰亚胺、乙炔封端的聚酰亚胺、苯并环丁烷封端的聚酰亚胺和马来酸醉封端的聚酸亚胺。

众所周知，环氧树脂加工性能优良，但温/湿性能差，而热固性聚酰亚胺兼有优异的耐热性能和加工性能，近几年来发展迅速。

人们预言热固性聚酰亚胺将替代环氧树脂，把材料的性能等级提高一步。

以下就热固性聚酰亚胺发展、应用和前景作些讨论【23】。

聚酰亚胺的研究进展含乙炔基封端的聚酰亚胺乙炔基封端的聚酰亚胺含乙炔基封端剂主要是含乙炔基的芳香单胺和单酐。

1. 掌握聚酰亚胺的合成方法。

2. 熟悉实验操作步骤，提高实验技能。

3. 研究聚酰亚胺的合成条件对产物性能的影响。

二、实验原理聚酰亚胺（Polyimide，PI）是一类具有优异耐热性、力学性能、电绝缘性能和耐化学性能的有机高分子材料。

本实验采用二胺和二酐为原料，通过缩聚反应合成聚酰亚胺。

三、实验仪器与试剂1. 仪器：电热套、搅拌器、恒温水浴锅、玻璃仪器（烧杯、漏斗、滴管等）、分析天平、核磁共振波谱仪、红外光谱仪等。

2. 试剂：二胺、二酐、催化剂、溶剂等。

四、实验步骤1. 准备原料：将二胺和二酐按一定比例称取，并加入适量的溶剂溶解。

2. 混合：将溶解好的二胺和二酐溶液混合均匀。

3. 缩聚反应：将混合溶液置于电热套中，在一定温度下搅拌反应。

4. 离心分离：反应完成后，将产物离心分离，得到固体产物。

5. 后处理：将固体产物进行干燥、粉碎等后处理。

6. 性能测试：采用核磁共振波谱仪、红外光谱仪等手段对产物进行结构表征；利用力学性能测试仪、电性能测试仪等手段对产物进行性能测试。

五、实验结果与分析1. 核磁共振波谱分析：通过核磁共振波谱分析，确定产物结构符合预期。

2. 红外光谱分析：通过红外光谱分析，证实产物中存在酰亚胺键和亚胺键。

3. 力学性能测试：产物具有较好的拉伸强度、断裂伸长率等力学性能。

4. 电性能测试：产物具有较低的介电常数和较高的击穿强度等电性能。

1. 本实验成功合成了聚酰亚胺，并对其结构、性能进行了表征。

2. 通过优化合成条件，可提高产物的性能。

3. 聚酰亚胺作为一种具有优异性能的高分子材料，在航空航天、微电子等领域具有广泛的应用前景。

七、实验注意事项1. 实验过程中应严格控制反应条件，如温度、时间等。

2. 操作时应注意安全，防止溶剂挥发和化学品泄漏。

3. 产物后处理过程中，应避免高温、高湿等不良环境因素对产物性能的影响。

八、实验反思本实验成功合成了聚酰亚胺，并对其性能进行了初步研究。

但在实验过程中，仍存在一些不足之处，如实验条件控制不够严格、产物性能有待进一步提高等。

综术与专论S UMMAR I Z ATI O N ANDSPEC I A L COMMENT收稿日期:2007-04-09作者简介:左永兵(1977-),男,湖北监利人,在读硕士研究生,主要从事挠性覆铜板用聚酰亚胺基体树脂的研究工作。

热固性聚酰亚胺的研究进展及其在印制电路板上的应用庄永兵,　范和平(湖北省化学研究院,湖北武汉430074)摘要:热固性聚酰亚胺作为一类先进的基体树脂,在航空航天、印制电路板、高温绝缘材料等领域的应用不断扩大。

相对于热塑性聚酰亚胺来说,热固性聚酰亚胺具有更好的可加工性能。

而且,其加工窗口温度可通过变换不同反应性端基来实现。

若选用合适的反应性端基,其在固化时无小分子挥发物放出。

对热固性聚酰亚胺的研究现状分类作了综述,对降冰片烯、烯丙基降冰片烯、乙炔基、苯乙炔基、马来酰亚胺、苯基马来酰亚胺、苯并环丁烯等封端型热固性聚酰亚胺的研究进展进行了重点阐述,对它们结构与性能的关系、齐聚物的固化机理等进行了讨论,并对其在印制电路板上的应用和发展趋势作了概述和展望。

关键词:热固性聚酰亚胺;基体树脂;印制电路板;应用中图分类号:T Q 323.7 文献标识码:A 文章编号:1001-0017(2007)05-0351-07Recent Advances in Ther mosetting Polyi m ide and Its App licati ons in Printed Circuit BoardZHUANG Yong -bing and F AN He -p ing(Hubei R esearch Institute of Che m istry,W uhan 430074,China )Abstract:Ther mosetting polyi m ides are being devel oped for as matrix resins in structurally efficient advanced composites in aircraft,electr onic /electrical materials f or p rinted circuit board (PCB )and ther mal insulati on materials .Many different che m ical app r oaches have been used t o synthesize ther mosetting polyi m ide resins which are easier t o p r ocess than their ther mop lastic counter parts .Further more,melt p r ocessing window can be adjusted by using different reactive gr oup s .W ith app r op riate reactive sites,no volatile is released during curing .I n this article,recent advances in ther mosetting poly 2i m ide resin are p resented .Some end capped polyi m ides are detailed,such as nadi m ides and allyl nadic -i m ides,acetylene and phenylacetylene ter m ina 2ted polyi m ides,bis malei m ides and malei m ide functi onalized polyi m ides,phenyl m alei m ide end capped polyi m ide,benzocycl obutenes,etc .Their relati on 2shi p s bet w een structures and p r operties and ther mal curing mechanis m s of different oligomer are p resented .Their devel opment trend and app licati ons in PCB are summarized .Key words:Ther mosetting polyi m ide;composite matrix resins;p rinted circuit board;app licati on前　言聚酰亚胺作为先进复合材料基体,以其优良的耐热性、耐化学品性、耐辐射性、自熄灭性及突出的力学性能、电气性能而受到特别重视。

·综述·耐高温聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究进展杨士勇 高生强 胡爱军 李家泽(　中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室　北京　100080　)许英利(　航天材料及工艺研究所　北京　100076　)文　摘　综述了耐高温聚酰亚胺基体树脂及其碳纤维复合材料的研究进展,基体树脂包括耐316℃的PMR型热固性聚酰亚胺如PMR—15、KH—304等,和耐371℃聚酰亚胺基体树脂如PMR—Ⅱ—50、AFR—700B、V—CAP—50、V—C AP—75、KH—305等。

介绍了它们的化学合成、结构、物化性能以及结构与性能之间的关系,并对耐高温树脂基复合材料在航天、航空及空间技术领域中的应用情况做了简单的介绍。

关键词　聚酰亚胺,耐高温复合材料,碳纤维Progress in High Temperature Polyimide Matrix Resins andCarbon Fiber Reinforced CompositesYang Shiyong Gao Shengqiang Hu Aijun Li Jiaze (　The State Key Laboratory of Engineering Plastics,Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences　Beijing　100080　)Xu Yingli(　Aerospace Research Institute of Materials and Processin g Technology　Beijing　100076　)A bstract　Advanced high temperature polyimide matrix resins and its carbon fiber reinforced composites were re-viewed.The matrix resins include PMR polyimides for service temperature of316℃such as P MR-15,KH-304,and PMR polyimides for371℃applications such as PMR-Ⅱ-50,AFR-700B,V-C AP-50,V-CAP-75,KH-305, etc.The chemical synthesis,structures,physical-chemical properties of the matrix and c omposites were discussed.Their applications in aer ospace industr y was also presented.Key words　Polyimide,High temperature composites,Carbon fibers1　前言热固性PMR型聚酰亚胺基碳纤维增强复合材料由于其优异的耐热氧化稳定性能、高温下突出的力学性能、耐辐射性能以及很好的化学物理稳定性等,近年来在航天、航空及空间技术等领域得到了广泛的应用。

聚酰亚胺材料在航空领域中的应用研究聚酰亚胺（Polyimide）是一种高性能工程塑料，其具有优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性，因此在航空领域中应用非常广泛。

近几年来，随着航空工程技术的不断更新换代，聚酰亚胺材料也得到了更多的关注和应用。

本文将从聚酰亚胺材料的性能、制备、应用等方面进行详细介绍。

一、聚酰亚胺材料的性能1.力学性能聚酰亚胺材料除具有良好的拉伸和弯曲等力学性能外，其耐疲劳性和抗冲击性能也非常优异，这些特性使得聚酰亚胺材料在航空领域中得以更广泛应用。

例如，在飞机维修工作中，聚酰亚胺修理补丁能够有效地弥补复合材料中的缺陷，提高飞机的整体强度和稳定性。

2.化学稳定性聚酰亚胺材料具有极强的化学稳定性，可以在极端的环境条件下保持材料的稳定性能。

例如，在高温下，聚酰亚胺材料不会产生脆裂或老化，具有很强的耐热性，因此常被用于制备高温环境下的航空发动机部件。

3.热稳定性聚酰亚胺材料的热稳定性非常出色，具有良好的耐高温性能。

在短时间内，聚酰亚胺材料可以耐受高达500℃以上的高温，因此在航空航天领域中被广泛应用。

二、聚酰亚胺材料的制备1.原料的制备聚酰亚胺材料的原料主要是聚酰胺酸（PAA），PAA是一种预聚体，通过烧结或热解反应（解聚）制得聚酰亚胺。

其中，烧结法主要是指在加热和压缩的条件下，将PAA转变为聚酰亚胺材料，而热解法则将PAA分解为聚酰亚胺。

2.制备工艺聚酰亚胺材料的制备工艺主要分为四个步骤：PAA的制备、预反应、纺丝和凝固。

其中，PAA的制备可通过化学合成法或生物合成法进行；预反应的主要目的是消除水分，完全转化为聚酰亚胺；纺丝是将聚酰亚胺材料拉伸或喷涂至需要的形状，形成相应的材料结构；凝固是指将聚酰亚胺材料放置于特定的条件下，使其凝固变为固态材料。

三、航空领域中聚酰亚胺材料的应用1.航空发动机部件航空发动机部件是航空工业中最为重要的部分之一，而聚酰亚胺材料的应用在此领域中也非常广泛。

例如，航空发动机中的叶片、轴承等部件常使用聚酰亚胺材料制成，因为聚酰亚胺材料具有轻质、强度高、耐热性好等特点，有利于提高发动机的效能和性能。

一、实验目的1. 了解聚酰亚胺的制备原理及工艺流程。

2. 掌握聚酰亚胺的合成方法，并学会操作相关实验设备。

3. 分析聚酰亚胺的性能，验证实验结果。

二、实验原理聚酰亚胺（Polyimide，PI）是一种具有优异性能的有机高分子材料，具有高力学强度、低介电常数、耐高温、耐腐蚀、耐磨、耐辐射等特性。

其分子结构中含有酰亚胺环，通过酰亚胺环的共轭作用，使其具有独特的性能。

聚酰亚胺的制备方法主要有以下几种：1. 预聚法：先将二酐与二胺在强极性溶剂中预聚，形成聚酰胺酸，再通过加热或催化剂的作用，使聚酰胺酸分子内脱水闭环，形成聚酰亚胺。

2. 缩聚法：直接将二酐与二胺在无溶剂或弱溶剂中进行缩聚反应，生成聚酰亚胺。

3. 分子内脱水闭环法：在聚酰胺酸分子链上引入具有反应活性的基团，如羧基、亚胺基等，通过加热或催化剂的作用，使分子内脱水闭环，形成聚酰亚胺。

本实验采用预聚法进行聚酰亚胺的制备。

三、实验仪器与试剂1. 仪器：反应釜、磁力搅拌器、温度计、过滤器、烘箱、电子天平、取样器等。

2. 试剂：均苯四甲酸酐（PMDA）、对苯二胺（ODA）、N'N-二甲基甲酰胺（DMF）、催化剂、去离子水等。

四、实验步骤1. 准备反应釜，加入一定量的DMF作为溶剂。

2. 称取一定量的PMDA和ODA，分别加入反应釜中。

3. 开启磁力搅拌器，在室温下搅拌一定时间，使PMDA和ODA充分混合。

4. 将反应釜加热至一定温度，保持搅拌，使PMDA和ODA发生预聚反应，形成聚酰胺酸。

5. 加入催化剂，继续搅拌，使聚酰胺酸分子内脱水闭环，形成聚酰亚胺。

6. 将反应液过滤，除去未反应的PMDA和ODA。

7. 将聚酰亚胺溶液在烘箱中干燥，得到聚酰亚胺薄膜。

五、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，成功制备出聚酰亚胺薄膜。

2. 性能分析：（1）力学性能：聚酰亚胺薄膜具有优异的力学性能，如拉伸强度、弯曲强度等。

（2）介电性能：聚酰亚胺薄膜具有低介电常数和介电损耗，适用于高频、高压等场合。