一、引言
隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)飛機(jī)、運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈、衛(wèi)星等的高性能、高可靠性和低成本，很大程度上是由于新材料和新工藝的廣泛應(yīng)用。先進(jìn)復(fù)合材料是航空航天高技術(shù)產(chǎn)品的重要組成部分，它能有效降低飛機(jī)、運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)重量，增加有效載荷和射程，降低成本。國(guó)外各類航空航天器結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛采用了先進(jìn)的纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，其中應(yīng)用多的是碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。目前，先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)取代了鋁合金，成為現(xiàn)代大型飛機(jī)的首要結(jié)構(gòu)材料。
目前，國(guó)內(nèi)在環(huán)氧樹(shù)脂增韌、增強(qiáng)研究方面取得了很大進(jìn)展，但仍存在一些問(wèn)題。如用反應(yīng)性液態(tài)聚合物和熱塑性樹(shù)脂增韌環(huán)氧樹(shù)脂，可使沖擊強(qiáng)度成倍地提高，但模量、耐熱性能、拉伸性能均有所下降；用熱致液晶改性環(huán)氧樹(shù)脂雖然在增加韌性的同時(shí)，保持了其它力學(xué)性能和耐熱性，但其合成和原料來(lái)源困難，造價(jià)昂貴，且熱致性液晶的熱變形溫度很高，難與通用型基體聚合物匹配，加工成型困難。因此，今后環(huán)氧樹(shù)脂增韌增強(qiáng)的研究可從以下幾個(gè)方面著手：
（1）合成和尋找新的具有優(yōu)異力學(xué)性能，能與環(huán)氧樹(shù)脂很好相容且能在環(huán)氧樹(shù)脂中分散良好的增韌增強(qiáng)材料。
（2）尋找新的制備方法，使改性劑和環(huán)氧樹(shù)脂成型、加工方便，改性易于進(jìn)行。
（3）拓寬環(huán)氧樹(shù)脂研究和應(yīng)用領(lǐng)域，使改性環(huán)氧樹(shù)脂真正得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用。
雙馬來(lái)酰亞胺是由聚酰亞胺樹(shù)脂派生的一類具有雙活性端基的化合物，在加熱或催化劑作用下可以交聯(lián)固化。具有優(yōu)異的耐熱性、電絕緣性、透波性、阻燃性、耐候性，良好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。其成型工藝類似于環(huán)氧樹(shù)脂，原材料來(lái)源廣泛、成本低廉。作為先進(jìn)復(fù)合材料的樹(shù)脂基體、耐高溫絕緣材料和膠粘劑等，雙馬來(lái)酰亞胺廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械電子、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)領(lǐng)域。但是，目前商品化的雙馬來(lái)酰亞胺還存在著熔點(diǎn)高、溶解性差、成型溫度高、固化物脆性大等缺點(diǎn)。對(duì)雙馬來(lái)酰亞胺的改性主要是在不降低其優(yōu)良耐熱性的前提下，盡量降低熔點(diǎn)和成型溫度，改善溶解性、加工性能和韌性等。
氰酸酯樹(shù)脂具有優(yōu)良的力學(xué)、耐熱、耐濕熱和介電性能，其介電常數(shù)和介電損耗在比較寬的溫度（-50℃～230℃）和電磁波頻率范圍內(nèi)變化較小，主要用于高性能印刷電路板基材和先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)罩樹(shù)脂基體。20世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用于雷達(dá)天線罩。如BASF公司的一種以氰酸酯/石英纖維復(fù)合材料做成的天線罩，比環(huán)氧樹(shù)脂制備的天線罩介質(zhì)損耗小3倍，介電常數(shù)降低10%，吸濕率更小，濕態(tài)介電性能更優(yōu)。但氰酸酯樹(shù)脂存在固化后脆性較大的缺點(diǎn)，可以通過(guò)共混和共聚來(lái)改善。共混改性主要是在氰酸酯樹(shù)脂中加入少量橡膠或高性能熱塑性樹(shù)脂；共聚改性主要是用環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺或帶不飽和雙鍵的化合物等與氰酸酯樹(shù)脂進(jìn)行聚合反應(yīng)來(lái)改善。
聚酰亞胺樹(shù)脂（PI）是近年來(lái)研究多的耐高溫樹(shù)脂，其在很寬的溫度和頻率范圍內(nèi)仍能保持較高的介電性能。PI復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度相當(dāng)于或超過(guò)環(huán)氧復(fù)合材料，是一種理想的高性能導(dǎo)彈天線罩材料。其缺點(diǎn)是固化困難，常需高溫高壓和復(fù)雜的升溫程序；由于反應(yīng)生成的水或溶劑的存在導(dǎo)致孔隙率較高，從而引起吸潮，使電性能降低。典型代表是PMR型PI，代PMR型PI的代表有美國(guó)的PMR-15、Larc-RP-46和國(guó)內(nèi)的KH-304、LP-15等，可在316℃下長(zhǎng)期使用；第二代PMR型PI的代表有美國(guó)的PMR-Ⅱ-50、V-CAP-75、AFR-700B和國(guó)內(nèi)的KH-305、KH- 307、KH-320B、KH-330、KH-310- 10、MPI等，可在370℃下長(zhǎng)期使用；第三代PMR型PI的目標(biāo)是長(zhǎng)期使用溫度達(dá)到426℃以上。
美國(guó)用PI復(fù)合材料制作航天發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片，B-2隱形轟炸機(jī)的機(jī)身基材；在航天飛機(jī)軌道器上用GR/ PI代替鋁制主結(jié)構(gòu)件，可以減重1.5 萬(wàn)磅以上；石墨纖維增強(qiáng)PI復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐高溫性能和力學(xué)性能，以及優(yōu)良的介電性能，可作為高速巡航導(dǎo)彈的雷達(dá)天線罩；可用添加重金屬粉末的PI制造用來(lái)保護(hù)鼻錐、舵面和航空電子設(shè)備的輻照防護(hù)罩。PI以多種形式得到了廣泛應(yīng)用。PI樹(shù)脂用作先進(jìn)復(fù)合材料的樹(shù)脂基體，可用于制備絕緣漆、耐高溫涂料、耐高溫膠黏劑和密封劑、耐高溫工程塑料；PI薄膜可用作電機(jī)絕緣及電纜繞包材料，柔性印刷線路板、太陽(yáng)能電池底板及耐高溫襯底等；PI纖維可用作先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑、高溫過(guò)濾材料及防彈防火織物；PI泡沫塑料可作用耐高低溫隔熱和吸音材料。
高性能熱塑性樹(shù)脂主要包括聚酰胺類、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜類、聚苯硫醚和聚醚酮類等樹(shù)脂。該樹(shù)脂不僅使材料的耐熱性能得到極大提高，也使以該樹(shù)脂為基體制作的復(fù)合材料的力學(xué)性能得到提高。熱塑性樹(shù)脂具有加工周期短、高韌性、可修復(fù)、易于二次成型和可長(zhǎng)期儲(chǔ)存等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍在逐步擴(kuò)大。
隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)飛機(jī)、運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈、衛(wèi)星等的高性能、高可靠性和低成本，很大程度上是由于新材料和新工藝的廣泛應(yīng)用。先進(jìn)復(fù)合材料是航空航天高技術(shù)產(chǎn)品的重要組成部分，它能有效降低飛機(jī)、運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)重量，增加有效載荷和射程，降低成本。國(guó)外各類航空航天器結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛采用了先進(jìn)的纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，其中應(yīng)用多的是碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。目前，先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)取代了鋁合金，成為現(xiàn)代大型飛機(jī)的首要結(jié)構(gòu)材料。
目前，國(guó)內(nèi)在環(huán)氧樹(shù)脂增韌、增強(qiáng)研究方面取得了很大進(jìn)展，但仍存在一些問(wèn)題。如用反應(yīng)性液態(tài)聚合物和熱塑性樹(shù)脂增韌環(huán)氧樹(shù)脂，可使沖擊強(qiáng)度成倍地提高，但模量、耐熱性能、拉伸性能均有所下降；用熱致液晶改性環(huán)氧樹(shù)脂雖然在增加韌性的同時(shí)，保持了其它力學(xué)性能和耐熱性，但其合成和原料來(lái)源困難，造價(jià)昂貴，且熱致性液晶的熱變形溫度很高，難與通用型基體聚合物匹配，加工成型困難。因此，今后環(huán)氧樹(shù)脂增韌增強(qiáng)的研究可從以下幾個(gè)方面著手：
（1）合成和尋找新的具有優(yōu)異力學(xué)性能，能與環(huán)氧樹(shù)脂很好相容且能在環(huán)氧樹(shù)脂中分散良好的增韌增強(qiáng)材料。
（2）尋找新的制備方法，使改性劑和環(huán)氧樹(shù)脂成型、加工方便，改性易于進(jìn)行。
（3）拓寬環(huán)氧樹(shù)脂研究和應(yīng)用領(lǐng)域，使改性環(huán)氧樹(shù)脂真正得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用。
雙馬來(lái)酰亞胺是由聚酰亞胺樹(shù)脂派生的一類具有雙活性端基的化合物，在加熱或催化劑作用下可以交聯(lián)固化。具有優(yōu)異的耐熱性、電絕緣性、透波性、阻燃性、耐候性，良好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。其成型工藝類似于環(huán)氧樹(shù)脂，原材料來(lái)源廣泛、成本低廉。作為先進(jìn)復(fù)合材料的樹(shù)脂基體、耐高溫絕緣材料和膠粘劑等，雙馬來(lái)酰亞胺廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械電子、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)領(lǐng)域。但是，目前商品化的雙馬來(lái)酰亞胺還存在著熔點(diǎn)高、溶解性差、成型溫度高、固化物脆性大等缺點(diǎn)。對(duì)雙馬來(lái)酰亞胺的改性主要是在不降低其優(yōu)良耐熱性的前提下，盡量降低熔點(diǎn)和成型溫度，改善溶解性、加工性能和韌性等。
氰酸酯樹(shù)脂具有優(yōu)良的力學(xué)、耐熱、耐濕熱和介電性能，其介電常數(shù)和介電損耗在比較寬的溫度（-50℃～230℃）和電磁波頻率范圍內(nèi)變化較小，主要用于高性能印刷電路板基材和先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)罩樹(shù)脂基體。20世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用于雷達(dá)天線罩。如BASF公司的一種以氰酸酯/石英纖維復(fù)合材料做成的天線罩，比環(huán)氧樹(shù)脂制備的天線罩介質(zhì)損耗小3倍，介電常數(shù)降低10%，吸濕率更小，濕態(tài)介電性能更優(yōu)。但氰酸酯樹(shù)脂存在固化后脆性較大的缺點(diǎn)，可以通過(guò)共混和共聚來(lái)改善。共混改性主要是在氰酸酯樹(shù)脂中加入少量橡膠或高性能熱塑性樹(shù)脂；共聚改性主要是用環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺或帶不飽和雙鍵的化合物等與氰酸酯樹(shù)脂進(jìn)行聚合反應(yīng)來(lái)改善。
聚酰亞胺樹(shù)脂（PI）是近年來(lái)研究多的耐高溫樹(shù)脂，其在很寬的溫度和頻率范圍內(nèi)仍能保持較高的介電性能。PI復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度相當(dāng)于或超過(guò)環(huán)氧復(fù)合材料，是一種理想的高性能導(dǎo)彈天線罩材料。其缺點(diǎn)是固化困難，常需高溫高壓和復(fù)雜的升溫程序；由于反應(yīng)生成的水或溶劑的存在導(dǎo)致孔隙率較高，從而引起吸潮，使電性能降低。典型代表是PMR型PI，代PMR型PI的代表有美國(guó)的PMR-15、Larc-RP-46和國(guó)內(nèi)的KH-304、LP-15等，可在316℃下長(zhǎng)期使用；第二代PMR型PI的代表有美國(guó)的PMR-Ⅱ-50、V-CAP-75、AFR-700B和國(guó)內(nèi)的KH-305、KH- 307、KH-320B、KH-330、KH-310- 10、MPI等，可在370℃下長(zhǎng)期使用；第三代PMR型PI的目標(biāo)是長(zhǎng)期使用溫度達(dá)到426℃以上。
美國(guó)用PI復(fù)合材料制作航天發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片，B-2隱形轟炸機(jī)的機(jī)身基材；在航天飛機(jī)軌道器上用GR/ PI代替鋁制主結(jié)構(gòu)件，可以減重1.5 萬(wàn)磅以上；石墨纖維增強(qiáng)PI復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐高溫性能和力學(xué)性能，以及優(yōu)良的介電性能，可作為高速巡航導(dǎo)彈的雷達(dá)天線罩；可用添加重金屬粉末的PI制造用來(lái)保護(hù)鼻錐、舵面和航空電子設(shè)備的輻照防護(hù)罩。PI以多種形式得到了廣泛應(yīng)用。PI樹(shù)脂用作先進(jìn)復(fù)合材料的樹(shù)脂基體，可用于制備絕緣漆、耐高溫涂料、耐高溫膠黏劑和密封劑、耐高溫工程塑料；PI薄膜可用作電機(jī)絕緣及電纜繞包材料，柔性印刷線路板、太陽(yáng)能電池底板及耐高溫襯底等；PI纖維可用作先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑、高溫過(guò)濾材料及防彈防火織物；PI泡沫塑料可作用耐高低溫隔熱和吸音材料。
高性能熱塑性樹(shù)脂主要包括聚酰胺類、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜類、聚苯硫醚和聚醚酮類等樹(shù)脂。該樹(shù)脂不僅使材料的耐熱性能得到極大提高，也使以該樹(shù)脂為基體制作的復(fù)合材料的力學(xué)性能得到提高。熱塑性樹(shù)脂具有加工周期短、高韌性、可修復(fù)、易于二次成型和可長(zhǎng)期儲(chǔ)存等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍在逐步擴(kuò)大。
