短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]铝硅酸盐聚合物材料由于具有低密度、低成本、阻燃以及能在低温环境下制备却可在高温下使用的特点，已在建筑和耐火材料等领域得到了应用，并被认为是最有希望取代高分子材料而应用于航天器、船舶以及汽车内部舱体的材料之一。然而其固有的脆性、低机械强度与韧性，严重限制了其在需要一定承载能力、要求可靠性高的高技术材料领域的广泛应用。近年来，各国学者纷纷通过向铝硅酸盐聚合物中引入增强体的方式大大地提高了其韧性，拓展了其应用领域。
【发明内容】
[0003]本发明要解决现有铝硅酸盐聚合物材料固有的脆性、低机械强度与韧性，严重限制了其在需要一定承载能力、要求可靠性高的高技术材料领域的广泛应用的问题，而提供短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法。
[0004]短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法，具体是按以下步骤进行的:
[0005]—、在温度为600°C?900°C的条件下，将铝硅酸盐原材料煅烧Ih?5h，得到活性铝硅酸盐原材料；
[0006]二、在室温条件下，将活性铝硅酸盐原材料与短切碳化硅纤维球磨混合24h?48h，得到球磨混合物；
[0007]所述的短切碳化娃纤维的长度为2mm?10mm，所述的球磨混合物中短切碳化娃纤维的体积百分数为0.5%?5%;
[0008]三、将碱金属氢氧化物加入到硅溶胶里，磁力搅拌48h，即得到碱激发溶液；
[0009]所述的碱金属氢氧化物与硅溶胶中二氧化硅的摩尔比为1:1 ；
[0010]四、将球磨混合物与碱激发溶液混合，并在室温条件下，机械搅拌并超声震荡0.5h?2h，得到铝硅酸盐聚合物料浆；
[0011 ]所述的球磨混合物中活性铝硅酸盐原材料与碱激发溶液中二氧化硅的摩尔比为1:1；
[0012]五、将铝硅酸盐聚合物料浆注入模具，套袋密封，然后在温度为60°C?80°C下固化3天?7天，得到短切碳化硅纤/铝硅酸盐聚合物复合材料。
[0013]本发明构建了短纤维增强铝硅酸盐聚合物基复合材料，采用短切碳化硅纤维增强的铝硅酸盐聚合物复合材料的优势在于:其一，它不像单向连续纤维增强复合材料具有明显的各向异性;其二，相对于碳纤维增强的铝硅酸盐聚合物复合材料，不仅具有较高的强度与韧性，同时还具有优异的抗氧化性能，能够在高温且有氧环境条件下服役，在保持铝硅酸盐聚合物材料热物理性质的同时提高材料承受载荷的能力和可靠性。本发明对促进新型铝硅酸盐聚合物及其复合材料的研制开发和实际工程应用，拓展铝硅酸盐聚合物材料的应用范围，提高其应用价值具有重要意义。因此，具有巨大的潜在社会和经济效益。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015]本发明提供的短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法，制备出的短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料具有优异的机械性能，其断裂模式塑性断裂，当所述的球磨混合物中短切碳化硅纤维的体积百分数为2%，且长度为5mm，其抗弯强度与断裂功达到最大值，分别为49MPa和1888.1J.m—2，是基体抗弯强度的5.6倍以及断裂功的63倍。
【附图说明】
[0016]图1为是实施例一制备的短切碳化硅纤/铝硅酸盐聚合物复合材料的断口扫描电镜照片；
[0017]图2为是实施例二制备的短切碳化硅纤/铝硅酸盐聚合物复合材料的断口扫描电镜照片；
[0018]图3为是实施例三制备的短切碳化硅纤/铝硅酸盐聚合物复合材料的断口扫描电镜照片；
[0019]图4为不同长度碳化硅纤维制备的聚合物复合材料的载荷-位移曲线，a为对比实验制备的铝硅酸盐聚合物复合材料，b为实施例一制备的短切碳化硅纤/铝硅酸盐聚合物复合材料，c为实施例二制备的短切碳化硅纤/铝硅酸盐聚合物复合材料，d为实施例三制备的短切碳化硅纤/铝硅酸盐聚合物复合材料；
[0020]图5为不同长度碳化硅纤维制备的聚合物复合材料的机械性能对比图，I为抗弯强度，2为断裂功。
【具体实施方式】
[0021]【具体实施方式】一:本实施方式所述的短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法是按以下步骤完成的:
[0022]一、在温度为600°C?900°C的条件下，将铝硅酸盐原材料煅烧Ih?5h，得到活性铝硅酸盐原材料；
[0023]二、在室温条件下，将活性铝硅酸盐原材料与短切碳化硅纤维球磨混合24h?48h，得到球磨混合物；
[0024]所述的短切碳化娃纤维的长度为2mm?1mm，所述的球磨混合物中短切碳化娃纤维的体积百分数为0.5%?5%;
[0025]三、将碱金属氢氧化物加入到硅溶胶里，磁力搅拌48h，即得到碱激发溶液；
[0026]所述的碱金属氢氧化物与硅溶胶中二氧化硅的摩尔比为1:1 ；
[0027]四、将球磨混合物与碱激发溶液混合，并在室温条件下，机械搅拌并超声震荡0.5h?2h，得到铝硅酸盐聚合物料浆；
[0028]所述的球磨混合物中活性铝硅酸盐原材料与碱激发溶液中二氧化硅的摩尔比为1:1;
[0029]五、将铝硅酸盐聚合物料浆注入模具，套袋密封，然后在温度为60°C?80°C下固化3天?7天，得到短切碳化硅纤/铝硅酸盐聚合物复合材料。
[0030]本实施方式步骤二中以活性铝硅酸盐原材料与短切碳化硅纤维为料，进行球磨混合，其中球料比为5:1。
[0031]本实施方式的有益效果是:本实施方式提供的短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法，制备出的短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料具有优异的机械性能，其断裂模式塑性断裂，当所述的球磨混合物中短切碳化硅纤维的体积百分数为2%，且长度为5mm，其抗弯强度与断裂功达到最大值，分别为49MPa和1888.1J.m—2，是基体抗弯强度的5.6倍以及断裂功的63倍。
[0032]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的铝硅酸盐原材料为高岭土、粘土、粉煤灰或高炉炉渣。其它与【具体实施方式】一相同。
[0033]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是:步骤三中所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0034]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤二中所述的短切碳化硅纤维的长度为2_。其它与【具体实施方式】一至三相同。
[0035]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤二中所述的短切碳化娃纤维的长度为5_。其它与【具体实施方式】一至四相同。
[0036]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤二中所述的短切碳化娃纤维的长度为8_。其它与【具体实施方式】一至五相同。
[0037]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤二中所述的球磨混合物中短切碳化硅纤维的体积百分数为0.5%。其它与【具体实施方式】一至六相同。
[0038]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:步骤二中所述的球磨混合物中短切碳化硅纤维的体积百分数为1.0%。其它与【具体实施方式】一至七相同。
[0039]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是:步骤二中所述的球磨混合物中短切碳化硅纤维的体积百分数为2.0%。其它与【具体实施方式】一至八相同。
[0040]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是:步骤二中所述的球磨混合物中短切碳化硅纤维的体积百分数为3.0%。其它与【具体实施方式】一至九相同。
[0041]采用以下实施例