科创中国

本项目属于高性能高分子材料和先进聚合物基复合材料科学技术领域。先进聚合物基复合材料以其比强度高、比模量大、耐高温、耐腐蚀等一系列优异的性能,被广泛的应用于航空航天、武器装备等众多国防工业领域中。其科技发展水平是制约未来新一代作战飞机、高速飞行器、导弹发动机壳体等国家重大工程装备需求及缩小与发达国家差距的关键材料。双马来酰亚胺(BMI)树脂是继环氧树脂之后,耐高温先进聚合物基复合材料最重要的基体树脂之一。本项目针对商业化BMI单体品种单一、溶解性差、熔点高,其改性树脂耐热性不佳以及复合材料韧性不足等共性关键问题,从分子结构出发设计合成了含酞(芴)Cardo结构链延长型BMI(PBMI)和含1,3,4-噁二唑不对称结构BMI(ZBMI)两类新型结构的BMI系列单体;以此为基础,采用PBMI和ZBMI与二烯丙基双酚化合物进行预聚反应,在国际上首次合成了一系列耐温性能在250～320℃可调控的含酞(芴)Cardo或1,3,4-噁二唑芳杂环结构及醚键连接的链延长型可溶性耐高温BMI树脂。研究并确定了碳和PBO纤维增强改性BMI树脂基复合材料的模压、缠绕成型工艺参数,以此新型BMI树脂为基体成功制备了可广泛用于航空航天、交通运输、石油化工等众多工业领域的先进复合材料。发明了采用低温等离子体处理对纤维表面进行”接枝+刻蚀“的改性技术,以期达到优化复合材料界面结构与性能的目的,使复合材料的层间剪切强度提高40%以上;揭示了等离子体处理功率、时间以及气氛对复合材料界面性能的影响关系及其变化规律,构建了纤维表面微观结构与复合材料界面粘接强度间的关系。研制开发成功在250～320℃可长期使用、具有优异力学性能的耐高温BMI树脂基复合材料,为新一代战机、武器装备等用耐高温复合材料提供可靠设计与选材依据。发明的“可溶性双马单体、改性耐高温双马树脂及其纤维增强复合材料制备新技术”,具有溶解性好、熔点较低(120～145℃)、加工窗口宽(65～130℃)、玻璃化转变温度高(324～401℃)等诸多优异性能,是一种兼具优良加工工艺性能和耐热性的高性能树脂;纤维表面等离子改性技术是一种高效、环保、极具发展前景的复合材料界面改性技术。基于新型BMI树脂及纤维表面等离子体改性技术制备的耐高温先进复合材料攻克了传统双马树脂基复合材料存在的固化热应力开裂、损伤容限低、界面粘结强度性能差等技术难题,为其在航空作战飞机、高速飞行器、航天耐高温复合材料结构部件、石油测井耐高压复合材料绝缘体上的大规模应用奠定了基础。本项目共申请发明专利10项;已授权4项;发表SCI、EI收录的研究论文60余篇;培养硕博研究生及博士后共计16名。本项目技术发明已用于航空航天、石油化工、交通运输、电气绝缘等众多产业领域,近三年累计新增利税超过1亿元。突破了国外对高性能高分子材料的技术垄断和封锁,提升了我国高性能BMI树脂及其先进复合材料界面改性技术的核心竞争力,促进相关领域产品升级换代,为武器装备减重增程和满足国家重大工程需求具有重要意义。