本发明涉及一种碳纤维及其制备方法。
背景技术：
碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。
目前市面上的碳纤维强度不足而且容易老化。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种强度高且耐老化的碳纤维及其制备方法。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种碳纤维，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维9-11份、碳化钨粉2-4份、碳化铪1-3份、碳化钽4-6份、硼化锆1-3份、碳化硼2-4份、碳化钼4-6份、碳化硅9-11份、聚苯乙烯20-22份、PBT塑料18-20份、ABS树脂23-25份、防老剂2-4份、硫化剂3-5份和PPS塑料15-17份。
进一步的，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维11份、碳化钨粉2份、碳化铪1份、碳化钽4份、硼化锆1份、碳化硼2份、碳化钼4份、碳化硅9份、聚苯乙烯20份、PBT塑料18份、ABS树脂23份、防老剂2份、硫化剂3份和PPS塑料15份。
进一步的，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维9份、碳化钨粉4份、碳化铪3份、碳化钽6份、硼化锆3份、碳化硼4份、碳化钼6份、碳化硅11份、聚苯乙烯22份、PBT塑料20份、ABS树脂25份、防老剂4份、硫化剂5份和PPS塑料17份。
进一步的，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维10份、碳化钨粉3份、碳化铪2份、碳化钽5份、硼化锆2份、碳化硼3份、碳化钼5份、碳化硅10份、聚苯乙烯21份、PBT塑料19份、ABS树脂24份、防老剂3份、硫化剂4份和PPS塑料16份。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
1）将碳化铪1-3份、碳化钽4-6份、硼化锆1-3份、碳化硼2-4份和碳化钼4-6份一起倒入到纳米粉碎机中进行粉碎处理，制得纳米粉末，备用；
2）将聚苯乙烯20-22份、PBT塑料18-20份、ABS树脂23-25份和PPS塑料15-17份一起倒入到锅炉中加热至150℃，然后加入防老剂2-4份和硫化剂3-5份，并继续加热至250℃保持15分钟，充分搅拌，制得粘稠溶液，备用；
3）将碳纤维9-11份、碳化钨粉2-4份、碳化硅9-11份和步骤1）制得的纳米粉末一起倒入到步骤2）制得的粘稠液体中，充分搅拌均匀，制得糊状物，备用；
4）将步骤3）制得的糊状物倒入到注塑成型设备中将糊状物用高压射入模腔，经冷却固化，即得碳纤维。
本发明的有益效果是：通过添加有ABS树脂、PPS塑料和PBT塑料，具有较高的强度和韧性，且有较好的耐腐蚀性能，配合碳纤和碳化钨粉等材料进行增强，使得碳纤维具有优秀的强度，通过添加有防老剂，使得碳纤维获得优秀的耐老化性能。
具体实施方式
实施例1：
一种碳纤维，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维11份、碳化钨粉2份、碳化铪1份、碳化钽4份、硼化锆1份、碳化硼2份、碳化钼4份、碳化硅9份、聚苯乙烯20份、PBT塑料18份、ABS树脂23份、防老剂2份、硫化剂3份和PPS塑料15份。
一种碳纤维的制备方法包括以下步骤：
1）将碳化铪1份、碳化钽4份、硼化锆1份、碳化硼2份和碳化钼4份一起倒入到纳米粉碎机中进行粉碎处理，制得纳米粉末，备用；
2）将聚苯乙烯20份、PBT塑料18份、ABS树脂23份和PPS塑料15份一起倒入到锅炉中加热至150℃，然后加入防老剂2份和硫化剂3份，并继续加热至250℃保持15分钟，充分搅拌，制得粘稠溶液，备用；
3）将碳纤维11份、碳化钨粉2份、碳化硅9份和步骤1）制得的纳米粉末一起倒入到步骤2）制得的粘稠液体中，充分搅拌均匀，制得糊状物，备用；
4）将步骤3）制得的糊状物倒入到注塑成型设备中将糊状物用高压射入模腔，经冷却固化，即得碳纤维。
实施例2：
一种碳纤维，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维9份、碳化钨粉4份、碳化铪3份、碳化钽6份、硼化锆3份、碳化硼4份、碳化钼6份、碳化硅11份、聚苯乙烯22份、PBT塑料20份、ABS树脂25份、防老剂4份、硫化剂5份和PPS塑料17份。
一种碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
1）将碳化铪3份、碳化钽6份、硼化锆3份、碳化硼4份和碳化钼6份一起倒入到纳米粉碎机中进行粉碎处理，制得纳米粉末，备用；
2）将聚苯乙烯22份、PBT塑料20份、ABS树脂25份和PPS塑料17份一起倒入到锅炉中加热至150℃，然后加入防老剂4份和硫化剂5份，并继续加热至250℃保持15分钟，充分搅拌，制得粘稠溶液，备用；
3）将碳纤维10份、碳化钨粉3份、碳化硅10份和步骤1）制得的纳米粉末一起倒入到步骤2）制得的粘稠液体中，充分搅拌均匀，制得糊状物，备用；
4）将步骤3）制得的糊状物倒入到注塑成型设备中将糊状物用高压射入模腔，经冷却固化，即得碳纤维。
实施例3：
一种碳纤维，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维10份、碳化钨粉3份、碳化铪2份、碳化钽5份、硼化锆2份、碳化硼3份、碳化钼5份、碳化硅10份、聚苯乙烯21份、PBT塑料19份、ABS树脂24份、防老剂3份、硫化剂4份和PPS塑料16份。
一种碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
1）将碳化铪2份、碳化钽5份、硼化锆2份、碳化硼3份和碳化钼5份一起倒入到纳米粉碎机中进行粉碎处理，制得纳米粉末，备用；
2）将聚苯乙烯21份、PBT塑料19份、ABS树脂24份和PPS塑料16份一起倒入到锅炉中加热至150℃，然后加入防老剂3份和硫化剂4份，并继续加热至250℃保持15分钟，充分搅拌，制得粘稠溶液，备用；
3）将碳纤维10份、碳化钨粉3份、碳化硅10份和步骤1）制得的纳米粉末一起倒入到步骤2）制得的粘稠液体中，充分搅拌均匀，制得糊状物，备用；
4）将步骤3）制得的糊状物倒入到注塑成型设备中将糊状物用高压射入模腔，经冷却固化，即得碳纤维。
实验例：
将本发明的碳纤维作为实验组，现有的碳纤维作为对照组进行对照实验，具体结果如下表所示：
通过对2组实验进行检查，本发明的碳纤维与现有的碳纤维相比耐老化性能、抗压强度和抗弯强度优秀。
本发明的有益效果是：通过添加有ABS树脂、PPS塑料和PBT塑料，具有较高的强度和韧性，且有较好的耐腐蚀性能，配合碳纤和碳化钨粉等材料进行增强，使得碳纤维具有优秀的强度，通过添加有防老剂，使得碳纤维获得优秀的耐老化性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。