FMPI树脂基复合材料研究
2002年 7月 玻 璃 钢 /复 合 材 料
FM PI树脂基复合材料研究
张官理 崔广智
(北京航空材料研究院 100095)
摘要: 本文简述了碳纤维增强 FMPI树脂基复合材料的制造工艺。研究表明AS4/FMPI复合材料具有较好的力学性能
和加工性能,复合材料在 371℃、100h的失重率为 2.O%,耐热氧化稳定性较好。
关键词: 礞纤维 FMPI树脂 耐热氧化稳定性
适用于飞机发动机的碳纤维聚酰亚胺树脂基复
合材料以其重量轻、高的比强度和比模量而倍受关
注。其复合材料取代金属材料如钛合...
2002年 7月 玻 璃 钢 /复 合 材 料
FM PI树脂基复合材料研究
张官理 崔广智
(北京航空材料研究院 100095)
摘要: 本文简述了碳纤维增强 FMPI树脂基复合材料的制造工艺。研究表明AS4/FMPI复合材料具有较好的力学性能
和加工性能,复合材料在 371℃、100h的失重率为 2.O%,耐热氧化稳定性较好。
关键词: 礞纤维 FMPI树脂 耐热氧化稳定性
适用于飞机发动机的碳纤维聚酰亚胺树脂基复
合材料以其重量轻、高的比强度和比模量而倍受关
注。其复合材料取代金属材料如钛合金能有效地减
轻发动机的重量,降低燃料消耗,增加航程。为此,
美国 NASA路易斯研究中心于 70年代开发出可在
316~C下使用的 PMR一15热固性聚酰亚胺树脂基
体,并成功地制造出大型复合材料制件,如发动机吊
舱、涵道部件、推力矢量板等。近年来,美国在 PMP
— l5的基础上研制出几种新的可在 371℃下使用的
热固性聚酰亚胺树脂基体,PMR一11—50,AFR一
700B,V—CAP一75等。这几种树脂的共同点是以
2,2一双(3,4一苯二四甲酸酐)六氟丙烷(6FDA)为
单体,因而具有更高的热稳定性和良好的加工
性[1, 。
FMPI树脂为可在 371℃下使用的热固性聚酰
亚胺树脂。与 PMR一11—50,AFR一700B,V—
CAP一75相比,FMPI的最大不同之处是在树脂体
系中加入具有三官能度有机胺单体 一三聚氰胺,使
得树脂体系在亚胺化和固化后形成如下结构:
禽 禽 禽
/
l l l
l
l
其中 。 表示三聚氰胺基。
一 (PI) 一表示芳香二胺和芳香二酐缩合的酰
亚胺,n为聚合度。从结构可看出,三嗪杂环的引入
可有效提高树脂基体的耐热性 3。此前尚无把三聚
氰胺直接引入聚酰亚胺树脂体系的文献报道。这是
由于该化合物在许多溶剂中难溶解之故。因此,寻
求特定的聚酰亚胺树脂体系使三聚氰胺获得良好的
溶解性是该树脂体系研究的关键。
1 试 验
AS4/FMPI复合材料力学性能用 WD一5T及
ZDM10/R7电测 实验机测试;真空热压机 ,RT
500℃,50T;烘箱,RT 500℃,精度 ±3℃;30%的
FMPI乙醇/丙酮溶液和美国生产 AS4—3K纤维。
2 结果与讨论
2.1 预浸料制备工艺
用湿法预浸
备预浸料,所用的碳纤维为
AS4—3K,树脂溶液浓度为 30%的 FMPI一乙醇/丙
酮溶液。树脂溶液及预浸料性能见表 1、2。
袁 1 FMPI树脂溶液性能
项 目名称 性 能
外观
粘度(23℃)/Pa.S
固体含量/%
深棕色均相液体
80~9O
50±1
储存期(O℃)/,q ≥6
外观
挥发份/%
树脂含量/wt%
储存期/d
平整光滑无流挂无开缝
11±1
50
14
2.2 复合材料制备
AS4/FMPI复合材料用真空热压机制备。其工
艺为,以 4~C/min升温至 140~C,保温 0.5h;以 4~C/
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FMPI树脂基复合材料研究 2002年 7月
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,√揭到 350oC。其中,到 180 时加压 0.6MPa,
同时应用30KPa真空;到230 时卸压排气(短时),
之后加压 1.OMPa;到 290oC时卸压排气(短时),应
用满真空 ,之后加压 2.4MPa;到 320oC保温、保压
2h,之后解除真空;到 350 保温、保压 2h后 自然降
温。后固化工艺为通 N2,360oC 370oC保温 20h。
2.3 复合材料耐热氧化稳定性(TOS)
AS4/FMPI复合材料耐热氧化稳定性 (371 oC)
试验结果见表 3。
表 3 FMPI/AS4复合材料在371℃下的失重率
从试验结果可看出,在 371 oC、lOOh条件下失重
2.0%表明该复合材料具有较好的耐热氧化稳定性。
2.4 力学性能
AS4/FMPI复合材料力学性能见表 4。
表4 FMPI/,As4复合材料力学性能
2.5 力学性能比较
AS4/FMPI复合材料与同级别(371 oC)先进复
合材料典型力学性能(弯曲和层剪)[ ]比较见表5。
从表 5可看出,AS4/FMPI复合材料高温层间
剪切强度性能保持率(43%)仅次于 Quart#AFR一
700B(86%),与 T650/V—CAP一75(40%)、T650/
PMR—II一50(41%)处于同一水平,远优于 C一6/
LARC—RP46(25%)。虽然其高温弯曲强度性能保
持率较低,但绝对值还是好于 Quartz/AFR一700B、
T650/V—CAP一75。因此可以说 ,AS4/FMPI复合
材料具有较好的力学性能。
表 5 复合材料力学性能比较
2.6 树脂体系价格比较
FMPI树脂与同级别 (371 oC)树脂价格 比较[4]
见表 6。从表 6比较可见其价格占有较大的优势。
表6 FMPI与同级别树脂价格比较($/kg)
3 结 论
与同级别(371 oC)树脂相比,FMPI树脂体系具
有下列优点:
(1)具有较好的价格性能比;
(2)力学性能与同级别复合材料相当;
(3)具有较好的耐热氧化稳定性。
参考文献
1 40 International SAMPE symposium May8~ 1 1,1995:268
2 Ultrahigh—Temperature Resins.High—teckMaterials Alert,1991,
8(1O):5~6
3 C.S Mm-vd.In proceeding of The 179th American chemical Society
National Meeting,Houston,Texas,1980
4 陈样宝等.高性能树脂基体 .化学工业出版社 ,1998
SI-IJDY 0lF F Ⅱ’I 【 】 C0 Ⅱ’0SrIE I^ATERIAIS
Zhang Guanh Cui Guangzhi
(Institute of Aeronautical M aterials)
Abstract:This paper discusses the processing technology of carbon fiber reinforced F M PI matrix composite
materials.The results of the study indicate that As4/FMPI composite materials have excellent flexural and inter—
laminar shear prope rties at RT and 37 1 oC.2.0% weight loss of composite materials at 37 1 oC demonstrates their
good thermo—oxidative stabilitv(TOS).
Keywords:carbon fiber FMPI resin thermo—oxidative stabilitv(TOS)
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