基体材料 >> 高性能树脂

龙飞龙翔 · 发表于 2004-2-5 19:37:09

高性能树脂通常具有优良的物理、力学、电学、热学、耐化学腐蚀等综合性能，其中尤以耐高温性能最重要。它们的问世给复合材料提供了高性能的基体材料，促进了复合材料迅速地向高性能复合材料（Advanced Composite Materials, ACM）的发展，从而促使宇航、航空、太空武器、先进军事武器、电子技术等以更惊人的速度发展。 　　目前，用作为高性能复合材料基体材料的高性能树脂主要有以下几类： 　　1、聚酰亚胺 　　这类树脂具有以下特性：①在宽广的温度范围内保持高的强度。②高的热稳定性和氧化稳定性。③优良的磨蚀特性。④优良的电性能，在高温下电性能基本保持恒定。⑤具有自熄性能，发烟量小。 　　聚酰亚胺可分成缩聚型和加聚型两种。 　　（1）缩聚型聚酰亚胺缩聚型芳香族聚酰亚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应而制得的。由于缩聚型聚酰亚胺的合成反应是在诸如二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等高沸点质子惰性的溶剂中进行的，而聚酰亚胺复合材料通常是采用预浸料成型工艺，这些高沸点质子惰性的溶剂在预浸料制备过程中很难挥发干净，同时在聚酰胺酸环化（亚胺化）期间亦有挥发物放出，这就容易在复合材料制品中产生孔隙，难以得到高质量、没有孔隙的复合材料。因此缩聚型聚酰亚胺已较少用作复合材料的基体树脂，主要用来制造聚酰亚胺薄膜和涂料。 　　（2）加聚型聚酰亚胺由于缩聚型聚酰亚胺具有如上所述的缺点，为克服为些缺点，相继开发出了加聚型聚酰亚胺。目前获得广泛应用的主要有聚双马来酰亚胺和降冰片烯基封端聚酰亚胺。通常这些树脂都是端部带有不饱和基团的低相对分子质量聚酰亚胺，应用时再通过不饱和端基进行聚合。 　　①聚双马来酰亚胺聚双马来酰亚胺是由顺丁烯二酸酐和芳香族二胺缩聚而成的。它与聚酰亚胺相比，性能不差上下，但合成工艺简单，后加工容易，成本低，可以方便地制成各种复合材料制品。但固化物较脆。 　　②降冰片烯基封端聚酰亚胺树脂其中最重要的是由NASA Lewis研究中心发展的一类PMR（for insitu polymerization of monomer reactants, 单体反应物就地聚合）型聚酰亚胺树脂。RMR型聚酰亚胺树脂是将芳香族四羧酸的二烷基酯、芳香族二元胺和5-降冰片烯-2，3-二羧酸的单烷基酯等单体溶解在一种尝基醇（例如甲醇或乙醇）中，为种溶液可直接用于浸渍纤维。 　　2、聚砜和聚醚砜 　　聚砜和聚醚砜是由双酚-A或双酚-S钠盐和4，4'-二氯二苯砜之间的亲核取代反应制得的。聚砜和聚醚砜具有下述特性：①具有优良的耐热及耐热老化性，其优良的力学性能可以保持到200℃；②在宽广的温度和频率范围内具有优良的电性能；③具有优良的耐X射线、β射线和γ射线性能；④具有优良的耐火焰作用；⑤纯树脂制品具有透明性。 　　3、聚苯硫醚 　　聚苯硫醚是目前被认为耐热性最佳的聚合物之一。从聚合物在空气中和氮气中的热失重分析可以看出，线型聚合物可稳定到400℃。它可以在300℃短期受载，在240℃时可以长期使用。它具有特别显著的耐化学腐蚀性能，经高温、长期在腐蚀介质中使用后，聚合物的性能仍然保持完好。聚苯硫醚对玻璃、陶瓷、金属都有较好的粘结性能，用玻璃纤维增强时，不要求玻璃纤维经偶联剂处理。它的成型制品性能较好。 　　4、聚芳醚酮 　　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、对苯二酚、碳酸钾或碳酸钠在二苯砜溶剂中合成制得的。 　　PEEK热变形温度在160℃左右，有相当好的热稳定性，它最高长期使用温度可达200℃，在200℃下使用寿命可达5×104h左右。PEEK具有优良的长期耐蠕变性能和疲劳特性，它在高交变外力作用下经几万次循环仍保持完好。 　　PEEK有优良的化学稳定性，除一些如浓硫酸、氯磺酸等强酸外，在常温下几乎可以耐所有的化学试剂。 　　PEEK具有优良的耐X射线、β射线和γ射线性能，能承受高剂量的辐射而不明显地改变其性能。并具有优良的电绝缘性能。 　　PEEK具有良好的阻燃性，其氧指数较高，厚度1.6mm的制品，阻燃性可达UL94V-0级。

EEK对碳纤维有较好的粘结性，经碳纤维增强的PEEK的力学性能和耐热性能都有明显的提高。

EEK具有高强度、耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射和易加工的综合性能，已在核工业、航天航空工业和化学工业等获得应用。 　　5、其它高性能树脂 　　（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缩聚制得的。它具有优良的耐高温性能，可用作耐高温粘结剂和复合材料基体。但复合材料成型需要高的成型压力，以减少复合材料制品的空隙率。 　　（2）聚喹恶啉聚喹恶啉是由芳香族四元胺和芳香族四羰基化合物缩聚而成的。它在空气中可以一直稳定到310℃左右，到达370℃左右则发生严重的热氧化降解。如果与氮原子相邻的氢被苯基取代，它的热稳定性有很大的提高。如果用诸如乙炔基或乙烯基等活性基团取代，虽然热稳定性有所降低，但可以改善聚喹恶啉的加工性能。 　　（3）聚苯乙烯吡啶聚苯乙烯吡啶是一种新的聚芳香杂环聚合物，简称作PSP树脂。它是由芳香族二醛和吡啶的甲基衍生物。控制反应条件可以得到适合于浸渍各种纤维状增强材料的液体树脂、能溶于乙醇或乙醇-丙酮溶剂的固体树脂、仅能溶解于诸如N-甲基吡咯烷酮或二甲基甲酰胺等极性溶剂的固体树脂、以及适合于压塑或注塑成型的固体树脂。固化的PSP树脂有良好的热稳定性。