发动机用耐高温聚酰亚胺树脂基复合材料的研究进展

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1、第32卷第6期航空材料学报Vol.32，No.62012年12月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSDecember2012发动机用耐高温聚酰亚胺树脂基复合材料的研究进展包建文，陈祥宝(北京航空材料研究院先进复合材料重点实验室，北京100095)摘要:综述耐高温热固性聚酰亚胺树脂及复合材料的研究进展。经过近四十年的发展，形成了多种封端剂封端的热固性聚酰亚胺树脂，其中主要是降冰片烯和4-苯乙炔基苯酐封端聚酰亚胺，长期使用温度涵盖280～450℃的聚酰亚胺树脂及其复合材料体系。低成本、高韧性和有机无机杂化聚酰亚胺树脂基复合材

2、料将是聚酰亚胺复合材料发展的主要方向。关键词:发动机;热固性聚酰亚胺;碳纤维;复合材料DOI:10.3969/j.issn.1005-5053.2012.6.001中图分类号:V223;V215．5文献标识码:A文章编号:1005-5053(2012)06-0001-13高推重比、低油耗和高可靠性是大涵道比涡扇等。其中，最重要和使用最广泛的热固性聚酰亚胺发动机发展的主要目标，战斗机用小涵道比加力涡是降冰片烯封端聚酰亚胺和苯乙炔封端聚酰亚胺。扇发动机还提出了隐身的要求。为进一步改善航空热固性聚酰亚胺树脂基复合材料以其优异的耐热氧发动机性能，有效地

3、提高发动机推重比，国外越来越化性能、力学性能、介电性能、良好的耐溶剂性能等，多地用复合材料取代金属材料应用在航空发动机在航空(尤其是航空发动机)、航天等领域得到了广［1］上。聚酰亚胺就是含有酰亚胺重复单元的聚合物，泛的应用。若聚合物分子端基为反应性基团，经过化学交联则经过近四十年的发展，耐高温树脂基复合材料形成热固性聚酰亚胺。热固性聚酰亚胺活性端基包已经发展到了耐温450℃的第四代聚酰亚胺复合材括降冰片烯、乙炔基、苯乙炔基、氰基、马来酰胺、苯料(表1)，形成了耐温从280～450℃涵盖四代的耐乙烯、苯丙环丁烯、双苯撑、异氰酸酯、苯基三氮烯高温树

4、脂基复合材料体系。表1聚酰亚胺树脂基体的代次Table1FourgenerationpolyimidesresinmatrixGenerationofPIresinPItrademarkServicetemperature/℃First-generationPMR-15，LP15，KH304280－315Second-generationPMR-Ⅱ-50，V-CAP-75，PETI-330，PETI-375315－370Third-generationAFRPE-4，AFR-700B，RP-46，DMBZ-15370－426Fourth-gen

5、erationP2SI900HT426－500酰亚胺源于20世纪70年代，是一种以降冰片烯为1降冰片烯酸酐封端聚酰亚胺树脂复封端基的聚酰亚胺预聚物，在固化过程中降冰片烯合材料发生ReversDiels-Alder反应生成热固性聚酰亚［2，3］胺。P13N就是最早研制的PMR聚酰亚胺树脂，1．1PMR-15聚酰亚胺树脂基体及其复合材料但其树脂黏度大，加工困难，使P13N并未得以广泛PMR(PolymerizationofMonomerReactants)型聚应用。在此基础上，美国NASALewis中心的Serafi-ni等人改进了PMR聚酰亚胺复

6、合材料的制备方收稿日期:2012-10-08;修订日期:2012-10-19［4］法，将二酯化的芳香四酸和芳香二胺以及封端剂作者简介:包建文(1969—)，男，博士，研究员，主要从事先(5-降冰片烯-2，3-二羧酸单甲酯，NE)溶解在低沸点进复合材料研究，(E-mail)baojianwen@hotmail．com。2航空材料学报第32卷的醇类溶剂中形成单体混合物的溶液，然后浸渍增在PMR-15聚酰亚胺树脂及预浸料制备过程中，强纤维制备预浸料，固化成型。先将酸酐单体在甲醇中回流反应生成其甲酯，并与PMR方法逐渐成为制备热固性聚酰亚胺复合MDA的

7、甲醇溶液混合形成浓度约50%的聚酰亚胺树材料的重要方法之一。经过多年的发展，PMR-15脂溶液。增强材料浸渍聚酰亚胺树脂溶液后，溶剂挥成为PMR型聚酰亚胺树脂中最成功的产品，逐步形发至5%左右时，覆盖上聚乙烯薄膜，然后裁剪预浸成了以PMR-15为代表的第一代聚酰亚胺树脂复合料铺贴成型。在预浸料中保留5%的溶剂是为了让材料体系。PMR-15树脂由3，3'，4，4'-二苯甲酮四预浸料具有一定的黏性，以便预浸料的裁剪与铺贴。甲酸二甲酯、4，4'-二氨基二苯甲烷(MDA)和5-降冰但是，甲醇的沸点很低(64．5℃)，很容易挥发，使片烯-2，3-二羧酸单

8、甲酯按摩尔比2．087∶3．087∶2PMR-15预浸料黏性的控制非常困难。为了解决预浸合成分子量为1500g/mol的聚酰亚胺预聚物(也因料残留、甲