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功能高分子材料及高性能涂层技术开发 PAGE/54

5. RTM 成型聚酰亚胺树脂基复合材料研究

项目简介

聚酰亚胺树脂具有优异的耐热性能和力学性能，一直是航空发动机耐高温复合材料研究的重点。目前耐温等级最高、
应用技术最成熟的树脂基复合材料是 PMR 型聚酰亚胺树脂基复合材料，已用于制造航空飞行器中的各种耐高温结构部件，
虽然 PMR 型聚酰亚胺树脂基复合材料具有很好的力学性能和耐高温性，但是该种聚酰亚胺树脂由于难溶解，难熔融，树
脂粘度高，流动性差等原因，主要是依靠模压或热压罐成型，成型非常困难，制造成本非常高，严重阻碍了其应用。而采
用树脂传递模塑（RTM）技术可有效地降低设备成本及成型成本，同时可生产高质量、具有复杂外形的产品，因此，开发
能实现 RTM 技术的具有良好成型工艺性的聚酰亚胺树脂及其复合材料已成为该领域的研究热点。而采用 RTM 技术的核
心便是树脂基体需要有较低的熔融粘度。
超支化聚合物与传统的线性聚合物相比具有良好的溶解性、较低的熔体或溶液粘度、大量的功能性端基等诸多特点，
为改进热固性树脂体系的加工工艺性和进一步提高各项综合性能提供了新的途径。本课题组在聚酰亚胺高分子链中引入超
支化结构来改善聚酰亚胺的溶解性和熔融性，而不损害它们的热性能，合成了超支化改性的聚酰亚胺。这类聚合物同时具
有超支化和酰亚胺结构，使得自身具有两者的综合性能，如溶解性好、难以或者不结晶、低溶液和熔融粘度，高耐热性等，
有望解决现有聚酰亚胺加工性差的问题，获得低粘度的可实现 RTM 成型的聚酰亚胺材料。
本项目从大分子设计和合成的角度出发，利用一种商业化三胺单体作为支化单体，将超支化结构及支化结构引入到聚
酰亚胺分子链中，得到一系列具有良好的热稳定性，优异的溶解性等综合性能较为优异的聚酰亚胺新材料。借助现代分析
表征手段，系统研究所得超支化聚酰亚胺结构与性能的关系，并揭示支化度对聚酰亚胺结构与性能的影响规律；同时研究
新型支化改性型聚酰亚胺的溶解性、结晶性、耐热性、力学性能和粘结性能等，探讨其结构与性能之间的关系，为其 RTM
成型提供理论及实践指导。

通过对所得聚酰亚胺的研究发现，将支化单元引入到聚合物分子链中可以达到在保持聚酰亚胺良好的耐热性能和机械
性能的同时改善其加工性能的目的。因此，这可实现 RTM 成型耐高温聚酰亚胺树脂基复合材料的制备，解决了目前国内
聚酰亚胺树脂加工性差、成本高等问题，实现航空航天对 RTM 成型聚酰亚胺树脂基复合材料的迫切需求。在航空航天应
用领域，高性能树脂基复合材料代替金属基复合材料是必然的发展趋势，这种低成本耐高温的高性能聚酰亚胺树脂作为复
合材料基体、胶粘剂、封装材料等对航空航天业的发展意义重大，除可应用在航空发动机上之外，还有望应用在雷达罩、
机身、机翼等结构上。

O O O
O O O
N C C N N C C O N C C O C O
O C F 3 C C O O C F 3 C C O O C CF 3 F 3 C
CF 3 CF 3 C
C C C C F 3 C C CF 3
F 3 C O O CF 3 F 3 C O O CF 3 C O O C
C C C C N N N C
N N N C N N N C C
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O N O O N O C C
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F 3 C C CF 3
F 3 C C CF 3 F 3 C C CF 3
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N O N O O C C C N N N C
O O O O O C O C CF 3
C N N N C O C C C N N N C C O C O CF 3 F 3 C C O C
F 3 C C O O C CF 3 F 3 C C O O C CF 3 F 3 C F 3 C C O CF 3 F 3 C C O
C C CF 3 C C C C N N
O CF 3 F 3 C C O F 3 C C O CF 3 F 3 C C O O CF 3 C O N N C NH 2
N
C N C C C N O O N
N C N NH 2 C O N C N N N O
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H 2 N O N N N O N C O N C C O
N O C O N O O C C O
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C C O C C O F 3 C C CF 3
F 3 C C CF 3
F 3 C C CF 3
F 3 C C CF 3 F 3 C C CF 3 O C C O
O C N C O N
C C
C C C C O N O
O N O O N O
(a) Amine-terminated (b) Anhydride-terminated (c) Amine-terminated and Anhydride-terminated
TAP-6FDA 超支化聚酰亚胺的化学结构：（a）氨基终端的 HBPIs；（b）酐基终端的 HBPIs；
（c）同时具有氨基终端和酐基终端的 HBPIs