聚酰亚胺复合材料改性方法优化其摩擦学性能的研究进展

聚酰亚胺复合材料是一种常见的摩擦材料,具有良好的抗磨减摩性能。通过总结近几十年来聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能的研究情况,综述纤维、晶须、固体润滑剂、纳米材料填充改性、聚合物共混的改性方法,分析并讨论不同改性方法对聚酰亚胺复合材料摩擦学性能的影响。指出对于聚酰亚胺摩擦学研究所面临的问题,并展望未来聚酰亚胺复合材料在摩擦磨损方面的发展方向。

差示扫描量热法测定石英纤维/聚酰亚胺复合材料的导热系数

基于差示扫描量热(DSC)法,研究了石英纤维/聚酰亚胺复合材料的导热性能。通过将熔融物质铟放置于试样之上和未放置试样时的热流信号的差异,计算出试样的导热系数,并对试验条件进行优化,得到了满意的结果。结果表明:在试样接触面涂抹导热硅油,可有效降低空气热阻,增大导热系数,使用该试样进行DSC测试,得到的测试结果准确、可靠且重复性较好。

聚酰亚胺PI／SiC复合薄膜材料的制备及特性

用化学合成法制备用于电子封装中的聚酰亚胺基复合介电材料,并通过透射电镜、红外光谱仪对复合薄膜材料组织观察、结构表征。结果表明,聚酰亚胺基复合材料实际是一种共聚物,属于分子杂化复合材料,是纳米碳化硅小分子均匀分散在大分子聚合物基体中的复合材料体系,介电常数较低,平均值为ε=2．3,最低迭ε=2．0,吸水性也较低。

高强型聚酰亚胺纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能研究

采用S35高强型聚酰亚胺(PI)纤维作为增强体,热塑性树脂作为基体,采用热压工艺制备了织物结构和正交单向无纬(UD)结构复合材料靶板,通过弹道极限速度测试和背部变形测试,研究了增强体结构和界面结合强度对PI纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能的影响。结果表明:高强型聚酰亚胺纤维表现出了优异的防弹性能;UD结构靶板更适用于防铅芯弹;织物结构靶板更适用于防破片;当界面剥离强度由5.45N/cm提高到26.44N/cm时,剥离后界面处的纤维表面形貌的破坏程度逐渐增加。当侵彻体为5.6g铅芯弹时,随着界面剥离强度的提高,复合材料靶板的防弹性能呈现出先提高后降低的趋势;并且靶板的背部变形逐渐减小,进一步证明了界面结合强度对复合材料靶板防弹性能的影响。

氟化石墨烯绝缘导热性能及其聚酰亚胺复合材料性能研究进展

便携式电子设备的发展对于高导热和电绝缘的热管理材料需求越来越大,氟化石墨烯(FG)作为一种新兴的具有高热导率及电绝缘性的导热填料受到了科学界的广泛关注。本文总结了FG的制备方法、结构与性能关系等,特别对FG的导热机理进行了分析,同时系统阐述了FG作为功能填料复合改性聚酰亚胺(PI)的最新研究进展,并对存在的问题和挑战进行了总结和展望。

内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂对国产高强高模碳纤维复合材料界面性能的影响

以双酚A型二醚二酐(BPADA)、间苯二胺和1,3-二(4′-氨基苯氧基)苯(TPE-R)为原料合成了水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂,对国产高强高模碳纤维(HMCF)表面进行上浆处理并制备成复合材料。研究了不同单体摩尔比对上浆剂特性以及上浆处理后纤维表面结构性能的影响,进一步分析了热塑性上浆剂对国产高强高模碳纤维增强热塑性聚醚酮酮(PEKK)树脂基复合材料界面性能的影响。结果表明,当BPADA与TPE-R的单体摩尔比为1∶1时,合成得到的热塑性上浆剂不仅分子量分布均匀,而且具有优异的热稳定性,如温度554℃其热失重仅为5%。上浆处理后,高强高模碳纤维表面O/C由0.08增至0.18,提高了125%;上浆后纤维强度略有增高,模量几乎无变化;上浆处理后对复合材料界面性能改善明显,HMCF/PEKK复合材料层间剪切强度由处理前38.5 MPa提升至最高59.4 MPa,增幅高达54.3%。

聚酰亚胺基固体润滑复合材料研究进展

聚酰亚胺(PI)具有优异的热学性能、力学性能、化学稳定性和低介电常数,被广泛应用在轴承、齿轮、制动器和微电子等领域,是一类广泛使用的固体润滑有机高分子材料。然而,纯PI因摩擦系数大、磨损率高的问题,严重影响服役寿命。本文首先总结了零维(0D)、一维(1D)和二维(2D)不同维度润滑相材料影响PI摩擦性能的研究进展,探讨了单一维度润滑相材料在PI基体中减摩耐磨的作用机理。其次,分析了多维度(0D-1D、0D-2D、1D-2D)润滑相杂化材料对PI基体的润滑作用规律,相较于单一维度润滑相材料,多维度润滑相杂化材料对改善PI摩擦性能的效果较好。进一步讨论了不同维度润滑相对PI复合材料力学性能的影响。最后指出,PI基固体润滑复合材料未来的研究方向除开发新型润滑相材料外,还需深入研究PI复合材料在不同工况下的摩擦行为,同时借助模拟仿真手段,揭示润滑相材料对PI的作用机理。

PMR型耐高温聚酰亚胺基体树脂及复合材料的制备与性能研究

分别以3,4′-二氨基二苯基醚(3,4′-ODA)和3,3′,4,4′-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)作为二胺和二酐单体、5-降冰片烯-2,3-二甲酸酐(NA)作为封端剂,通过调节3种原料的化学计量比,在无水甲醇溶剂中合成了具有不同分子量的预聚体,并通过不同温度下的热处理获得了一系列聚酰亚胺(PI)树脂。结果表明:随着预聚体分子量的增加,固化后PI树脂的热稳定性得到提高,5%热失重温度(T_(5%))由460℃升至513℃,10%热失重温度(T_(10%))由513℃升至554℃;但是由于交联密度的降低,PI树脂的玻璃化转变温度(Tg)随预聚体分子量的增加从309℃降低至271℃。同时发现,合理的后固化可使PI树脂的耐高温性能得到提高。以该系列PI树脂为基体,采用手糊法制备了一系列碳纤维增强聚酰亚胺(CF/PI)复合材料,它们表现出优良的耐热性能(T_(5%):532~595℃,T10%:631~840℃,Tg:346~422℃)和机械性能(弯曲强度:559~811MPa,弯曲模量:46.3~59.9GPa,层间剪切强度:29.3~36.7MPa,冲击强度:88~104kJ/m^(2)),可实现在航空航天领域的耐高温应用。

热解碳含量对碳/碳-聚酰亚胺复合材料性能的影响

通过化学气相渗透和浸渍-固化成型工艺制备碳/碳-聚酰亚胺复合材料。首先采用化学气相渗透法对碳毡进行热解碳的沉积,制得热解碳含量分别在7.33%(质量分数,下同),14.55%,22.00%的多孔碳/碳坯体,再经过特定的浸渍-固化工艺,依次制得碳/碳-聚酰亚胺复合材料P1,P2,P3以及未添加热解碳的对照组P0。通过SEM、线膨胀系数测试和力学性能测试,探究不同热解碳含量对碳/碳-聚酰亚胺复合材料微观形貌结构、平均线膨胀系数以及力学性能的影响。结果表明:在20~300℃的温度区间,P0,P1,P2,P3的XY向平均线膨胀系数在(0.67~0.79)×10^(-6)℃^(-1)之间,四组XY向平均线膨胀系数基本相当。P1,P2,P3的Z向平均线膨胀系数较P0依次降低41.6%,41.8%,24.1%,热解碳显著降低了材料的Z向平均线膨胀系数。P0,P1,P2,P3的XY向压缩强度依次是243.91,244.73,216.65,210.79 MPa,Z向压缩强度依次是269.22,258.80,246.68,219.20 MPa,P1压缩强度与P0相当。P0,P1,P2,P3的Z向弯曲强度依次是92.77,77.11,80.71,86.06 MPa。不同的热解碳含量对材料的力学性能影响不同,较低的热解碳含量基本保持了材料的压缩强度,而较高的热解碳含量可基本保持材料的弯曲强度。

RTM成型用聚酰亚胺树脂及其复合材料研究进展

聚酰亚胺复合材料因其优异的耐高温性能和机械性能,在航空航天领域获得了广泛应用,但复杂、高成本的热压罐成型工艺难以满足聚酰亚胺树脂基复合材料快速加工成型,限制了其进一步的应用。本文综述了适用于树脂传递模塑成型(RTM)技术的聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究现状与发展趋势,重点论述了苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂及其复合材料的国内外研究情况,提高RTM技术成型聚酰亚胺树脂及其复合材料耐温等级的同时保持低充模黏度和高韧性将会是重要的发展方向。

碳纤维高温退浆处理对聚酰亚胺复合材料热老化的影响

分别从复合材料热氧化失重、表面和微观形貌、力学性能和玻璃化转变温度等方面,对比研究了碳纤维退浆和未退浆两种状态的聚酰亚胺复合材料在330℃下热老化过程中的性能变化规律及机理。结果表明:碳纤维退浆可以降低聚酰亚胺复合材料的热氧化失重率。碳纤维未退浆的复合材料由于界面层含耐温性低的环氧上浆剂,在热老化过程中界面容易破坏,导致裂纹较多,边缘纤维较快发生脱离。未退浆的复合材料虽然在老化前具有较高的层间剪切强度,但在热老化前期降低较快,退浆的复合材料在200 h老化后层间剪切强度反而更高。两种复合材料老化前的弯曲强度基本相当,但未退浆的复合材料在老化前期弯曲强度下降较快;退浆对弯曲模量影响不大。退浆后的复合材料玻璃化转变温度提高了15℃左右;经热老化后,未退浆的复合材料玻璃化转变温度略有提高,而退浆的复合材料基本不变。因此,对碳纤维进行高温退浆处理有利于提高聚酰亚胺复合材料在高温下长期使用的稳定性。

长时耐300℃易成型聚酰亚胺树脂及其复合材料

以苯炔基苯酐为封端剂,异丙醇为酯化试剂和溶剂,采用原位聚合法合成一系列耐高温、易成型聚酰亚胺树脂。所制备的聚酰亚胺树脂溶液在室温下储存16周依然没有固体析出,且溶液黏度没有明显变化,显示出较好的室温储存稳定性。树脂低聚物的最低熔体黏度<300 Pa·s,显示出良好的熔体流动性和工艺窗口,适合模压或热压罐工艺。树脂固化物的玻璃化转变温度最高可达462℃,具有很好的耐热性能。T300/PMR-PE-2碳纤维复合材料室温弯曲强度为963 MPa,弯曲模量为53.0 GPa,层间剪切强度为56 MPa,300℃下其力学性能保持率≥66%。300℃等温热氧老化500 h后,复合材料的热失重仅为0.96%,室温弯曲强度保持率为72%,层间剪切强度保持率高达98%,具有优异的抗热氧老化性能。

虚拟仿真技术优化碳纤维/PMR型聚酰亚胺复合材料热压罐成型工艺

采用传统热压罐工艺制备碳纤维/PMR型聚酰亚胺复合材料时会出现高的热惯性、热场复杂不均匀、树脂固化度难确定等问题,严重影响产品质量和性能。本文提出了一种虚拟仿真优化传统热压罐工艺的交互式方案,设计集可获取真实工艺参数的传感器、实时数值模拟热压罐和网络数据库于一体的虚拟仿真系统优化热压罐工艺,获得节省工艺时间和降低损耗的高质量碳纤维/聚酰亚胺复合材料。

聚酰亚胺复合材料翻边结构层间强度优化

在航空航天产品复合材料轻量化的发展进程中,进一步在翻边结构中使用复合材料对减重及提高性能的一致性具有重要意义。针对L型翻边在实际受载情况下R角处发生分层缺陷的实际问题,提出在翻边结构连接处加装金属垫片的设计思路,经有限元仿真论证了加装金属垫片降低R角处层间应力水平的可行性。通过综合开展283℃工况下设计载荷、限制载荷、极限载荷及破坏强度试验,进一步发现金属垫片及翻边的配合间隙对受载性能具有重要的影响作用,通过施加螺栓预紧力使其小于或等于0.1 mm。最终结果表明:优化配合间隙情况下,通过加装金属垫片的设计方法能够有效减小R角处的层间应力水平并避免分层缺陷的发生。

国产T800级碳纤维/聚酰亚胺复合材料耐环境性能研究

选用新一代国产T800级碳纤维增强耐高温聚酰亚胺树脂预浸料,通过热压罐工艺制备聚酰亚胺复合材料。采用酸性盐雾、湿热环境对复合材料进行老化处理,研究复合材料的典型力学性能变化;另外,采用蒸馏水、航空燃油、航空润滑油、人工海水4种液体环境对复合材料进行常温1000 h浸泡处理,研究浸泡前后室温、280℃下复合材料力学性能的变化。结果表明:酸性盐雾处理对层间剪切性能影响明显,达13.4%,对其他力学性能影响均在5%以内;湿热处理未对力学性能造成明显损伤;4种液体环境浸泡处理后,蒸馏水、人工海水浸泡对常温层间剪切性能造成轻微损伤,性能下降约7%,高温面内剪切性能损伤不明显;常温层间剪切性能损伤较小,均在5%以内,高温层间剪切性能损伤增加,蒸馏水、人工海水浸泡后的损伤达到10%;常温开孔压缩性能损伤较小,在3%以内,高温开孔压缩性能损伤增加,蒸馏水、航空燃油、人工海水浸泡后的损伤超过10%。

树脂含量对聚酰亚胺树脂基复合材料摩擦学性能的影响

为明确树脂含量对复合材料摩擦学性能的影响,采用粉末冶金法成功制备了二硫化钨(WS2)与碳化硅(SiC)协同改性增强含铜聚酰亚胺(PI)树脂基复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学性能试验机、摩擦磨损试验机等手段探究了PI树脂含量对复合材料微观组织、物理力学性能、摩擦磨损性能及磨损机制的作用行为。结果表明,材料制备过程中仅存在树脂基体固化烧结,并未与增强相发生化学反应,从而确保各相充分发挥其性能。同时,发现PI树脂含量对复合材料显微组织存在显著影响,由WS2与SiC形成的“核-壳”结构从高树脂含量下较大的扁平状转变成低树脂含量下的类球状及细小扁平状结构;且复合材料的致密度及显微硬度均随PI树脂含量的降低而呈现先增大后减小的趋势,压缩强度则呈上升趋势。PI树脂基复合材料的磨损率及平均摩擦系数随PI树脂含量的降低呈现出先减少后增加的趋势,当PI树脂质量分数为50%时复合材料获得了最低的摩擦系数(0.42)和磨损率[0.89×10^(-14) cm^(3)/(N·m)]。随着PI树脂含量的减少,复合材料的磨损机制由磨粒磨损转变为疲劳磨损,最后转变为严重的磨粒磨损。

聚酰亚胺纳米纤维滤膜的制备及性能分析

为探究亚胺化温度对聚酰亚胺(PI)纳米纤维性能的影响,将二胺单体4,4-二氨基二苯醚(ODA)和二酐单体均苯四甲酸酐(PMDA)溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中,配制不同质量分数的聚酰胺酸(PAA)溶液,通过静电纺丝制成PAA纳米纤维滤膜,随后经过不同温度亚胺化处理形成PI纳米纤维滤膜,研究滤膜的微观形态、过滤性能、透气性能和透湿性能等。结果表明:PAA溶液质量分数为30%时,其纳米纤维形态最好;亚胺化温度为200℃时,滤膜的过滤效率为95.86%,阻力压降为610.56 Pa,过滤性能平衡关系最好,此时最大强度为3.24MPa,透气率为98.19 mm/s;亚胺化温度为190℃时,水接触角为95.26°,润湿性能最好;透湿性能随着亚胺化温度的升高而降低。

聚酰亚胺(PI)/无机纳米复合材料的研究及其在覆铜板上的应用

聚酰亚胺(PI)/无机纳米复合材料是一种性能优异的新型复合材料。本文概述了聚酰亚胺(PI)/无机纳米复合材料的制备方法,介绍了近几年来不同类型的聚酰亚胺(PI)/无机纳米复合材料的研究现状及在覆铜板上的应用,并对其发展进行了展望。

聚酰亚胺-金属复合催化材料的制备及应用进展

综述了聚酰亚胺(PI)-金属复合催化材料的制备与应用技术,从二酐和二胺单体类型、金属离子种类及加入方式、亚胺化方法和制备条件等诸多角度分析了影响复合材料结构和性能的因素,基于电荷转移机制剖析了PI分子结构对所催化反应的协同促进作用。重点列举了PI-金属复合催化剂在光催化、电催化、Fenton氧化、Suzuki-Miyaura偶联、Chan-Lam偶联、加氢和环氧化等领域的应用实例,同时指出了目前存在的问题和应用前景。