聚酰亞(yà)胺具有優(yōu)異的耐(nài)熱穩定性能和極高(gāo)的(de)力學性能,作為纖維增強複合材料基體樹(shù)脂已在航空航天領域得到了廣泛的應(yīng)用。隨(suí)著航空航天(tiān)技術的快速發展,飛行器速度不斷提(tí)高,因此,對複合材(cái)料的耐溫等級和熱氧化穩定性提出了更高的要求。
目前,提高聚酰亞胺樹脂的耐高溫性能主要是通過在分子主鏈上引入剛性(xìng)較大的結構單元(yuán)、增強聚合物分子鏈間的(de)相互作用或者增大聚合(hé)物的交(jiāo)聯密度等方法實現。但是增加聚合物分子鏈剛性和增強分子間相互作用,會造成(chéng)樹(shù)脂(zhī)熔體黏度的(de)大(dà)幅提高,成型工藝性下(xià)降以及樹脂與(yǔ)增強材料的界麵性能變差; 而提高聚合(hé)物分子(zǐ)鏈剛性和增大交(jiāo)聯密度會帶來樹(shù)脂韌性(xìng)不佳等問題。
近年來,國內外相繼開展了有機無機(jī)雜化聚酰亞胺樹脂的研究工作,發現通過將有機材料的韌性和良好的加工性與無機材(cái)料的耐熱(rè)穩(wěn)定性結合起來,可以實現(xiàn)在提高聚酰亞胺(àn)樹脂耐高溫性能的同(tóng)時保持其他各項性能的均衡。
中國科學院化(huà)學研究所和航天材料及工藝研究所合作在國(guó)內率先開展了有機(jī)無(wú)機雜化(huà)聚酰亞(yà)胺(àn)樹脂及其複合材料的研究(jiū)。通過係統研(yán)究化學結(jié)構與固化(huà)溫度對有機無機雜化聚酰亞胺(àn)的(de)工藝性能、耐熱性能和(hé)力學性能的影響規律,開發了KHPIS 係列聚(jù)酰亞胺樹(shù)脂,該(gāi)係列聚酰亞胺樹(shù)脂預聚物具有良好的熔體流動性,**熔體黏度低於200 Pa·s,有利於樹脂對纖維表麵形(xíng)成良好的(de)潤濕,可滿足(zú)複合材料真空熱壓罐成型(xíng)工藝(yì)的要求。純樹脂固化物的Tg達到(dào)500 ~550 ℃,與T800 碳纖維製備的複合材料在(zài)450~500 ℃高溫下表現出優異的耐熱氧化穩定性。
目前傳統芳香有機結(jié)構的熱固性聚酰亞胺樹脂的耐溫等級可達到320 ~ 450 ℃,已無(wú)法滿足(zú)航空航天(tiān)及(jí)空間技術快速發展的應用需求。飛(fēi)行器在某些極限條件下工作時要承受500 ℃以(yǐ)上高溫,這一溫度已經接近了有機聚合物的熱(rè)分解溫度極限。有機無機(jī)雜化聚酰亞胺樹脂及其複合材料的研究為(wéi)進一步提高樹(shù)脂基複合材料的耐熱性能和長時熱氧化(huà)穩定性提(tí)供了新的發(fā)展空間。今後對於有機無機雜化聚酰亞胺樹脂在高溫下的結構演變過程與降解失效機理尚需開展深入研究,從而為材料在高溫極端環境下的應用提供指導。