本发明属于高分子复合材料成型技术领域，具体涉及用于热固性聚酰亚胺板材的微波成型方法。
背景技术：
聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-co-nh-co-)的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，在上世纪60年代，聚酰亚胺被列入21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺按照成型工艺可分为两种：热塑性和热固性。由于热固性聚酰亚胺分子结构中含有重复的芳香环和酰亚胺基团，使得该材料具有优异的机械性能、热性能、阻燃性能、介电性能、环境性能等。然而，虽然热固性聚酰亚胺材料具有上述优异的综合性能，但其加工性能差、成型困难却大大限制了其应用领域；尤其是机械和电子领域对高厚度pi板材有更多的需求，但是厚度大于35mm以上的热固性聚酰亚胺板材，目前产品合格率甚至低于50％。热固性聚酰亚胺板材的成型过程是其分子链产生凝胶化和取向的过程，要求成型温度高(大于400℃)，成型压力大(大于100mpa)，所以对设备的要求非常高。目前热固性聚酰亚胺板材使用最多的成型方法是电加热成型法，但由于电加热是由金属模具或加热后的气体等外部热源传递给聚酰亚胺材料，容易造成材料内外受热不均匀，出现产品“冷中心”现象，这会使得成型后的板材出现分层或开裂状况，且耐磨和机械性能无法满足使用要求。此外，电加热成型法还存在耗电大、耗时长，生产效率低等问题。如何寻求一种更为简便快捷的用于热固性聚酰亚胺板材的成型方法，从而在保证成型后的聚酰亚胺材料各项性能均能满足使用要求的同时，大幅提高其生产效率和质量稳定性，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供用于热固性聚酰亚胺板材的微波成型方法，本方法具备工艺简单、设备环保、节能省电及易操作的优点，可在在保证成型后的聚酰亚胺材料各项性能均能满足使用要求的同时，还能大幅提高热固性聚酰亚胺板材的生产效率和质量稳定性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于热固性聚酰亚胺板材的微波成型方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、混料
取下列重量份数的原料：
铁电陶瓷粉末10～35份；
磨碎碳纤维粉末0～15份；
热固性聚酰亚胺粉末50～90份；
将以上原料加入到搅拌机中，在300～500rpm转速下搅拌5～10分钟，随后在100～200rpm转速下搅拌10～15分钟，将混合料取出待用；
2)、干燥
将步骤1)得到的混合料放入炉温为260～300℃的氮气保护的烘箱中，干燥1～1.5小时；
3)、预压制
称取一定重量的经过步骤2)干燥的混合料，放入专用模具模腔中并使用压机进行预压制；分三次缓慢加压，第一次压力为30～50mpa,第二次为50～100mpa,第三次压力为100～150mpa；再之后将专用模具锁死，混合料保持在专用模具中，保压5～15分钟，待用；
4)、微波成型
将步骤3)中装有混合料的专用模具放入微波炉中，关闭炉门，将微波频率调为2450mhz，待炉温上升到405℃～415℃时，关闭微波发射源，并保温15～60分钟，之后关闭电源；
5)、热压定型，脱模
将步骤4)中的专用模具从微波炉中取出，并将其放置在热压机上，在温度405℃～415℃下初步加压到50mpa；将专用模具解锁，再一次性加压到120～150mpa，保温保压10～30分钟，停止加热；当模具温度降为100℃以下时，脱模，即获得热固性聚酰亚胺板材。
优选的，所述热固性聚酰亚胺粉末的粒径范围35～55μm，数均分子量范围0.4～2.5万,介电常数范围2.8～4，介电损耗范围0.005～0.01。
优选的，所述铁电陶瓷粉末至少包括钛酸铜钙及钛酸锶钡；铁电陶瓷粉末粒径范围5～20μm，介电常数范围104～105，介电损耗范围0.01～0.05。
优选的，所述磨碎碳纤维粉末的直径范围5～12μm，长径比范围6：1～8：1，拉伸强度≥2gpa，杨氏模量≥250gpa。
优选的，所述专用模具包括筒腔铅垂设置的外模筒以及分别配合于外模筒两筒端处的上压块和下压块，所述上压块及下压块外形均呈二段式的台阶块状，各压块的小口径段吻合的插入外模套筒腔内且相应压块的台肩与外模筒的相应筒端间构成止口配合；下压块的台肩处固接有用于在铅垂方向上锁紧下压块、外模筒及上压块的锁紧螺栓，锁紧螺栓轴线铅垂的分别贯穿外模筒筒壁及上压块并与位于上压块顶面处的锁紧螺母间构成螺纹配合；上压块与混合料之间以及下压块与混合料之间均布置隔离彼此的垫块，且至少外模筒上的与混合料接触的一段筒身为陶瓷材料制成。
优选的，在铅垂方向上，所述外模筒被两道彼此平行的水平面而切割为三段筒体结构，将该三段筒体结构分别命名为上段模筒、中段陶瓷模筒及下段模筒，所述中段陶瓷模筒的内筒壁构成与混合料相接触的接触面且中段陶瓷模筒的高度高于上压块与下压块的相邻面之间间距。
本发明的有益效果在于：
1)、抛弃了传统的电加热成型法制备热固性聚酰亚胺板材所导致的诸如成型后板材出现分层或开裂以及制备效率低下的缺陷。本发明一方面通过在聚酰亚胺基体中加入高介电常数的陶瓷材料，以提高聚酰亚胺复合材料的介电常数，从2.8～4提高到10～30，实现聚酰亚胺材料吸波性能的巨大改善，为其微波成型提供了实施可能性，实现了聚酰亚胺材料的成型方法的多样性。而另一方面，则利用外部的微波源，使聚酰亚胺材料自身发热，以保证材料从内到外受热均匀，能同时达到成型温度，并在压力作用下成型，最终使得成型后的聚酰亚胺材料不会出现分层、开裂等现象，且耐磨和机械性能等均能满足使用要求。
综上，本发明具备了工艺简单、设备环保、节能省电及易操作优点，能大幅提高热固性聚酰亚胺板材的生产效率和质量稳定性。其一方面突破了高厚度热固性聚酰亚胺板材的成型技术壁垒，解决了高厚度板材易开裂分层的技术难点；另一方面随着微波设备成型空间的放大，可以实现热固性聚酰亚胺材料的批量化成型，大大提高了聚酰亚胺材料的生产效率，从而降低了生产成本，这显然也能对热固性聚酰亚胺材料的推广应用起到非常大的促进作用。
2)、在上述结构的基础上，本发明对专用模具的构造也进行了一定的限定。实际使用时，考虑到专用模具需要进行一系列的锁紧、保压乃至微波加温操作，因此，本发明一方面利用上压块、外模筒及下压块间的稳定的止口配合，来确保模具使用过程中的工作可靠性；另一方面，通过锁紧螺栓搭配锁紧螺母，以便实现前述的专用模具的快速锁定及解锁效果。更为重要的是，对于外模筒的中段，也即中段陶瓷模筒部分，应当采用陶瓷材质制作，从而利用陶瓷本身的高介电常数、低微波损耗、温度系数小等优良性能，来实现对陶瓷内部的混合料的快速升温及保温效果，最终使得整个工艺的工作可靠性及效率性均得到有效提升。
附图说明
图1为专用模具的结构剖视图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
10-外模筒
11-上段模筒12-中段陶瓷模筒13-下段模筒
20-上压块30-下压块
41-锁紧螺栓42-锁紧螺母50-垫块
具体实施方式
为便于理解，此处对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
聚酰亚胺材料微波发热的原理为：当有极分子电介质和无极分子电介质置于微波电磁场中时，介质材料中已有的偶极子或形成的偶极子重新排列，并随着高频交变电磁场以每秒高达数亿次的速度摆动；分子要随着不断变化的高频电场的方向重新排列，就必须克服分子原有的热运动和分子相互间作用的干扰和阻碍，产生类似于摩擦的作用，实现分子水平的“搅拌”，从而产生大量的热。本发明正是利用外部的微波源，从而使聚酰亚胺材料自身发热，进而使得材料从内到外受热均匀，能同时达到成型温度，并在压力作用下成型，最终获得所需的热固性聚酰亚胺板材。
本发明的整个方法流程包括以下步骤：
1)、混料
取下列重量份数的原料：
铁电陶瓷粉末10～35份；
磨碎碳纤维粉末0～15份；
热固性聚酰亚胺粉末50～90份；
其中：
热固性聚酰亚胺粉末的粒径范围35～55μm，数均分子量范围0.4～2.5万,介电常数范围2.8～4，介电损耗范围0.005～0.01。铁电陶瓷粉末至少包括钛酸铜钙及钛酸锶钡；铁电陶瓷粉末粒径范围5～20μm，介电常数范围104～105，介电损耗范围0.01～0.05。磨碎碳纤维粉末的直径范围5～12μm，长径比范围6：1～8：1，拉伸强度≥2gpa，杨氏模量≥250gpa。
将以上原料将其加入到搅拌机中，在300～500rpm转速下搅拌5～10分钟，随后在100～200rpm转速下搅拌10～15分钟，将混合料取出待用。
2)、干燥
将步骤1)得到的混合料放入炉温为260～300℃的氮气保护的烘箱中，干燥1～1.5小时。
3)、预压制
称取一定重量的经过步骤2)干燥的混合料，拆开专用模具的上压板及相应的垫板，从而将混合料放入专用模具模腔中，混合料的布置位置参见图1中的两组垫块50之间的横向线段标记位置。之后，重新封闭专用模具，并使用压机上进行预压制。分三次缓慢加压，第一次压力为30～50mpa,第二次为50～100mpa,第三次压力为100～150mpa；再之后利用锁紧螺栓41与锁紧螺母42的彼此螺纹配合，从而将专用模具锁死，具体参照图1所示，以便将混合料保持在专用模具中。将专用模具保压5～15分钟，待用。
4)、微波成型
将步骤3)中装有混合料的专用模具放入微波炉中，关闭炉门，将微波频率调为2450mhz，待炉温上升到405℃～415℃时，关闭微波发射源，并保温15～60分钟，之后关闭电源。
5)、热压定型，脱模
将步骤4)中的专用模具从微波炉中取出，并将其放置在热压机上，在温度405℃～415℃下初步加压到50mpa；卸去锁紧螺母42，以便放松上压板20、垫块50、外模筒10及下压板30，再一次性加压到120～150mpa，保温保压10～30分钟，停止加热；当模具温度降为100℃以下时，脱模，即获得热固性聚酰亚胺板材。
为便于进一步理解，此处再作出以下具体实施例以便说明：
实施例1：
1)、混料
称取10重量份的钛酸铜钙粉末及50重量份的热固性聚酰亚胺粉末，将其加入到三维搅拌机中，在300rpm转速下搅拌10分钟，随后在150rpm转速下搅拌15分钟，取出待用。
2)、干燥
将步骤1)得到的混合料放入炉温为300℃的氮气保护的烘箱中，干燥1小时。
3)、预压制
将步骤2)中得到的干燥后的混合料加入专用模具的模腔中，放在压机上进行预压制，第一加压到30mpa,第二次加压到60mpa,第三次加压到100mpa，保压8分钟，将专用模具锁死，物料保持在专用模具中，卸压后，待用。
4)、微波成型
将步骤3)中装有聚酰亚胺材料的专用模具放入专用微波炉中，关闭炉门，将微波频率调为2450mhz，待炉温上升到405℃时，关闭微波发射源，并保温20分钟，关闭电源。
5)、热压定型、脱模
从微波炉中迅速取出专用模具，并将其放置在热压机上(温度已达410℃)，初步加压到50mpa，将专用模具锁死装置卸去，再一次性加压到120mpa，保温保压10分钟，停止加热，当专用模具温度降为100℃以下时，脱模，取出聚酰亚胺板材。
经过对该聚酰亚胺进行鉴定，板材表面光滑，色泽均匀，未见分层和开裂，性能鉴定符合使用要求。
实施例2：
1)、混料
称取35重量份的钛酸铜钙粉末，15重量份的磨碎碳纤维粉末，以及90重量份的热固性聚酰亚胺粉末，将其加入到三维搅拌机中，在500rpm转速下搅拌5分钟，随后在200rpm转速下搅拌10分钟，取出待用。
2)、干燥
将步骤1)得到的混合料放入炉温为300℃的氮气保护的烘箱中，干燥1小时。
3)、预压制
将步骤2)中得到的干燥后的混合料加入专用模具的模腔中，放在压机上进行预压制，第一加压到40mpa,第二次加压到100mpa,第三次加压到150mpa，保压15分钟，将专用模具锁死，物料保持在专用模具中，卸压后，待用。
4)、微波成型
将步骤3)中装有聚酰亚胺材料的专用模具放入专用微波炉中，关闭炉门，将微波频率调为2450mhz，待炉温上升到415℃时，关闭微波发射源，并保温40分钟，关闭电源。
5)、热压定型、脱模
从微波炉中迅速取出专用模具，并将其放置在热压机上(温度已达410℃)，初步加压到50mpa，将专用模具锁死装置卸去，再一次性加压到150mpa，保温保压30分钟，停止加热，当专用模具温度降为100℃以下时，脱模，取出聚酰亚胺板材。
经过对该聚酰亚胺进行鉴定，板材表面光滑，色泽均匀，未见分层和开裂，性能鉴定符合使用要求。
实施例3：
1)、混料
称取15重量份的钛酸铜钙粉末，35重量份的磨碎碳纤维粉末，以及60重量份的热固性聚酰亚胺粉末，将其加入到三维搅拌机中，在400rpm转速下搅拌5分钟，随后在100rpm转速下搅拌15分钟，取出待用。
2)、干燥
将步骤1)得到的混合料放入炉温为270℃的氮气保护的烘箱中，干燥1小时。
3)、预压制
将步骤2)中得到的干燥后的混合料加入专用模具的模腔中，放在压机上进行预压制，第一加压到40mpa,第二次加压到60mpa,第三次加压到120mpa，保压10分钟，将专用模具锁死，物料保持在专用模具中，卸压后，待用。
4)、微波成型
将步骤3)中装有聚酰亚胺材料的专用模具放入专用微波炉中，关闭炉门，将微波频率调为2450mhz，待炉温上升到410℃时，关闭微波发射源，并保温40分钟，关闭电源。
5)、热压定型、脱模
从微波炉中迅速取出专用模具，并将其放置在热压机上(温度已达410℃)，初步加压到50mpa，将专用模具锁死装置卸去，再一次性加压到150mpa，保温保压20分钟，停止加热，当专用模具温度降为100℃以下时，脱模，取出聚酰亚胺板材。
经过对该聚酰亚胺进行鉴定，板材表面光滑，色泽均匀，未见分层和开裂，性能鉴定符合使用要求。
综上可以看出，采用本发明披露的微波成型法制造的聚酰亚胺板材，其外观光滑、色泽均匀、未见开裂和分层。本发明具备工艺简单、设备环保、节能省电及易操作的优点，可在在保证成型后的聚酰亚胺材料各项性能均能满足使用要求的同时，还能大幅提高热固性聚酰亚胺板材的生产效率和质量稳定性。