專利名稱：聚酰胺酰亞胺固化的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)氧樹(shù)脂材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚酰胺酰亞胺(PAI)固化的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
環(huán)氧樹(shù)脂是一類具有良好的粘接、耐腐蝕、絕緣、高強(qiáng)度等性能的熱固性高分子合成材料。他們廣泛的應(yīng)用于多種金屬與非金屬材料的粘接、耐腐蝕涂料、電氣絕緣材料、玻璃鋼/復(fù)合材料等的制造。在電子，電氣、機(jī)械制造、化工防腐、航空航天、船舶運(yùn)輸及其他許多工業(yè)領(lǐng)域中起著重要的作用，已經(jīng)成為整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的基礎(chǔ)材料。常見(jiàn)的環(huán)氧樹(shù)脂固化劑為胺類、酸酐類化合物。此類固化劑固化環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，往往具有很高的交聯(lián)密度和內(nèi)應(yīng)力，這樣就會(huì)導(dǎo)致固化產(chǎn)物質(zhì)脆、易疲勞、抗沖擊性能差、拉伸強(qiáng)度低、耐熱性和阻燃性不好，導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂不能滿足某些特定的工業(yè)技術(shù)需求，極大的限制了環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用領(lǐng)域。另外，環(huán)氧樹(shù)脂的耐候性差、易粉化，對(duì)于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的耐受性還有待提高。有鑒于此，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行了大量的改性研究。目前，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性的方法主要有以下幾種用橡膠彈性體對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性、通過(guò)添加無(wú)機(jī)納米粒子改性環(huán)氧樹(shù)脂、具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物改性環(huán)氧樹(shù)脂、通過(guò)添加熱塑性樹(shù)脂改性環(huán)氧樹(shù)脂。但是上述幾種改性方法都存在各自的不足之處，橡膠彈性體雖然可以達(dá)到提高環(huán)氧樹(shù)脂韌性的目的，但是橡膠與環(huán)氧樹(shù)脂之間的相容性很差、并且橡膠本身存在不飽和鍵，導(dǎo)致改性后環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、使用上限溫度、抗氧化性等都出現(xiàn)不同程度的降低；核殼結(jié)構(gòu)聚合物增韌改性環(huán)氧樹(shù)脂雖然解決了橡膠與環(huán)氧樹(shù)脂相容性差等問(wèn)題，但是仍然存在耐熱性低、易氧化等問(wèn)題；無(wú)機(jī)納米粒子可以在一定程度上提高環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性及韌性，但是由于無(wú)機(jī)納米粒子極易團(tuán)聚且與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性比較差，所以其對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的改性程度也十分有限；熱塑性樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂具有良好的相容性，可以提高環(huán)氧樹(shù)脂的韌性及拉伸強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)其他性能不會(huì)有太大的影響，所以此類改性方法正日益受到國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。上述幾種改性環(huán)氧樹(shù)脂的方法均是在環(huán)氧樹(shù)脂/固化劑體系中加入了第三種物質(zhì)，這樣增加了體系的復(fù)雜性及不穩(wěn)定性，不利于研究的開(kāi)展和性能的改善。聚酰胺酰亞胺 (PAI)是一種耐高溫、高強(qiáng)度的聚合物材料，曾經(jīng)有研究人員將其作為環(huán)氧樹(shù)脂的改性劑。 我們的研究發(fā)現(xiàn)，PAI的仲酰胺活性官能團(tuán)可以與環(huán)氧官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)，PAI分子鏈中含有大量的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效的提高復(fù)合材料的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及阻燃性。故本發(fā)明以 PAI作為環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足而提供一種可以同時(shí)提高環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性及拉伸強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明選用PAI作為環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。聚酰胺酰亞胺(PAI)分子鏈中的仲酰胺基團(tuán)可以固化環(huán)氧樹(shù)脂，同時(shí)，分子鏈中含有大量的苯環(huán)等環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效的提高復(fù)合材料的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及阻燃性。即本發(fā)明提供的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，采用固化劑聚酰胺酰亞胺，或聚酰胺酰亞胺與其它固化劑的混合物，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行固化獲得， 原料中各組分的配比由環(huán)氧樹(shù)脂中環(huán)氧官能團(tuán)與PAI中酰胺官能團(tuán)的化學(xué)當(dāng)量比決定；其中，聚酰胺酰亞胺固化劑具有如式(1)所示的結(jié)構(gòu)通式
權(quán)利要求
1. 一種環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其特征在于，采用固化劑聚酰胺酰亞胺(PAI )，或聚酰胺酰亞胺與其它固化劑的混合物，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行固化獲得，原料中各組分的配比由環(huán)氧樹(shù)脂中環(huán)氧官能團(tuán)與PAI中酰胺官能團(tuán)的化學(xué)當(dāng)量比決定；所述固化劑聚酰胺酰亞胺具有如式 (1)所示的結(jié)構(gòu)通式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其特征在于PAI與Ar結(jié)構(gòu)具有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系(I)PAI的結(jié)構(gòu)式為下式(2)所示
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其特征在于所述的環(huán)氧樹(shù)脂為縮水甘油胺類環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚S型環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或幾種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其特征在于所述的縮水甘油胺類環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值在0. 40-0. 83eq/100g,雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值在0. 10-0. 54eq/100g, 雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值在0. 41-0. 78 eq/100g,縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值在 0. 30-0. 70eq/100g，縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值在0. 20-0. 80eq/100g。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其特征在于所述的其他固化劑選自多元胺類固化劑、多元酸酐類固化劑及雙馬來(lái)酰亞胺類固化劑，或者它們中兩種或兩種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其特征在于所述的所述多元胺類固化劑為4，4' -二氨基二苯甲烷、4，4 ‘ -二氨基二苯砜、4，4' - 二氨基二苯醚、鄰苯二胺、間苯二胺或二乙烯四胺；所述的多元酸酐類固化劑為順丁烯二酸酐、二甲酸酐或戊二酸酐；所述的雙馬來(lái)酰亞胺類固化劑為雙馬來(lái)酰亞胺。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為(a)取環(huán)氧樹(shù)脂溶于N，N'-二甲基乙酰胺中；(b)按環(huán)氧樹(shù)脂中環(huán)氧官能團(tuán)與PAI中酰胺官能團(tuán)的化學(xué)當(dāng)量比，取固化劑PAI，或PAI 與其他固化劑的混合物，加入到上述溶液中，攪拌，使混合均勻并充分溶解，得到混合溶液， 通過(guò)控制N，N ’ - 二甲基乙酰胺的用量，調(diào)節(jié)混合溶液的固含量在15%—25% ；(c)將上述混合溶液置于鼓風(fēng)烘箱中，150-165°C預(yù)固化0.8—1. 5 h，180-250°C固化 3-5h0
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)氧樹(shù)脂材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚酰胺酰亞胺固化的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明采用固化劑聚酰胺酰亞胺(PAI)，或聚酰胺酰亞胺與其它固化劑的混合物，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行固化獲得，原料中各組分的配比由環(huán)氧樹(shù)脂中環(huán)氧官能團(tuán)與PAI中酰胺官能團(tuán)的化學(xué)當(dāng)量比決定；本發(fā)明中使用的固化劑聚酰胺酰亞胺主要用于環(huán)氧樹(shù)脂的固化，同時(shí)可以提高環(huán)氧樹(shù)脂的拉伸強(qiáng)度、耐熱性及阻燃性。
文檔編號(hào)C08G59/44GK102295740SQ201110192270
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者呂仁國(guó), 李同生, 陳海鳴 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)