一种碳纤维增强高分子基复合材料的制备方法及应用_2

文档序号:9927607阅读:来源:国知局
硝酸溶液处理或者在气氛条件下进行煅烧处理)。最后,将浸泡处理后的碳布用去离子水进行清洗,干燥后得到碳布D;所述碳布的编织密度为IK、3K、6K或12K,编织结构为平纹、斜纹、缎纹或单向布;
[0032]步骤三:将C溶液转入反应釜中,并加入步骤二的碳布D,密封后置于水热感应加热设备中,在10?500KHZ的感应频率和O?1200A的输出电流条件下反应1min?24h,然后自然冷却到室温。将碳布取出,用去离子水清洗3?6次,并于60?100°C下干燥12?24h,即可得到生长有产物E(E为由原料A合成的金属氧化物,可以是氧化铜、氧化锌、氧化锰、氧化钛、氧化铝、氧化钼以及氧化钨等金属氧化物)的碳布F;水热温度可以通过间歇式感应加热来实现,水热压力的控制可以通过反应釜的填充比(40?80% )来实现;
[0033]步骤四:将步骤三的碳布F置于20?50wt%的粘结剂添加剂溶液中浸渍10?60min后取出烘干。重复浸渍-烘干操作直到粘结剂添加剂的质量分数达到20?60%,所述粘结剂添加剂要具有热固性或热塑性,且耐热耐化学腐蚀,例如树脂溶液,其目的是将碳布F连接在一起形成具有一定强度的碳布;所述的粘结剂添加剂可以是热固性树脂,包括不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚酰亚胺树脂以及有机硅树脂等;也可以为热塑性树月旨,包括聚烯烃、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮等;此外,高分子基体也可以是橡胶;所述树脂的添加也可以通过喷涂或者抽滤的方式来实现;
[0034]步骤五:将步骤四得到的碳布F于硫化机上热压成型,控制硫化机的热压温度为150?180°C,热压时间为10?20min,热压压力为3?8MPa,即得到具有优异界面结合的碳纤维增强高分子基复合材料。
[0035]实施例2
[0036]步骤一:将0.0I?5mol/L的A溶液(A可以是钼酸铵、钨酸钠、偏方酸钠、氯化铜、氯化铁等合成硫化物所需的盐)和0.0I?5mo 1/L的B溶液(B可以是硫代乙酰胺、硫化钠、铜试剂、二乙基二硫代氨基甲酸钠、硫酸、过二硫酸铵等有机或无机硫源溶液)均匀混合,并调节其PH值为酸性,得到混合液C;
[0037]步骤二:称取0.1g?5g的纳米碳纤维置于模压机中,在2Mpa?15Mpa的压力下,静置1min?60min,即可获得厚度为0.5mm?1mm的纳米碳纤维片D,然后将其用乙醇和去离子水清各洗3?6次,并于60?100°C下烘干;
[0038]步骤三:将C溶液转入反应釜中,并加入步骤二的纳米碳纤维片D,密封后置于水热感应加热设备中,在10?500KHZ的感应频率和O?1200A的输出电流条件下反应1min?24h,然后自然冷却到室温。将纳米纤维片D取出,用去离子水清洗3?6次,并于60?100°C下干燥12?24h,即可得到生长有产物E(E为由A和B反应后生成的产物,可以是硫化钼、硫化妈、硫化银、硫化铜、硫化铁等硫化物)的纳米碳纤维片F。
[0039]步骤四:将步骤三的纳米碳纤维片F碾碎,放于50?500ml水中,在10?40KHz的频率下,超声30min?3h,然后在60?100°C条件下烘干即得到完全分散的碳纳米纤维;
[0040]步骤五:将0.5?2g步骤四分散后的碳纳米纤维与10?20g粘结剂添加剂粉体F均匀混合后倒入热压模具中,在100?200°C、热压压力为2?1MPa的条件下热压I?4h。在热压过程中,每隔1min放气一次,以充分排掉高分子在热压过程中产生的气体。热压接触后自然冷却至室温,即可得到具有优异界面结合的纳米碳纤维/无机硫化物协同增强的高分子基复合材料。
[0041]在本发明实施例中,所述步骤四和步骤五的过程也可以采用实施例1的步骤四和步骤五的方式进行处理。
[0042]实施例3
[0043]步骤一:称取0.5?5gA(A可以为正硅酸乙酯、碳酸钙等合成非金属氧化物所需的盐),溶于40?SOmlB溶剂中(可以是水、乙醇、丙醇以及乙二醇等),配置成摩尔浓度为0.01?5mol/L的C溶液,调节其pH值为碱性;
[0044]步骤二:将短切碳纤维(长度10um?800um,直径10?20um)置于丙酮溶液中超声清洗2?1h后取出,用去离子水清洗后烘干。然后将烘干后的短切碳纤维置于0.1?2mol/L的硝酸溶液中浸泡12?36h。最后,将浸泡处理后的短切碳纤维用去离子水进行清洗、干燥;
[0045]步骤三:称取Ig?6g步骤二的短切碳纤维溶于50?200ml水中,通过砂芯漏斗抽滤装置对其进行抽滤,即得到具有一定厚度的短切碳纤维片D;
[0046]步骤四:将C溶液转入反应釜中,并加入步骤三的短切碳纤维片D,密封后置于水热感应加热设备中,在10?500KHz的感应频率和O?1200A的输出电流条件下反应1min?24h,然后自然冷却到室温。将短切碳纤维片D取出,用去离子水清洗3?6次,并于60?100°C下干燥12?24h,即可得到生长有产物E(E为由A合成的非金属氧化物,可以为氧化硅、氧化钙等无机非金属氧化物)的短切碳纤维片F。
[0047]步骤五:将步骤四的短切碳纤维片F置于20?50wt%的粘结剂添加剂溶液中浸渍10?60min后取出烘干。重复浸渍-烘干操作直到粘结剂添加剂的质量分数达到20?60%;
[0048]步骤六:将步骤五的短切碳纤维片F于硫化机上热压成型,控制硫化机的热压温度为150?180°C,热压时间为10?20min,热压压力为3?8MPa,即得到具有优异界面结合的短切碳纤维/无机非金属氧化物增强高分子基复合材料。
[0049]在本发明实施例中,所述步骤四和步骤五的过程也可以采用实施例2的步骤四和步骤五的方式进行处理。
[0050]实施例4
[0051 ]步骤一:将0.01?5mol/L的A溶液(A可以为氯化钙,氯氧化锆、硝酸钙、硝酸钇等)和0.01?5mol/L的B溶液(B可以为磷酸二氢钾、磷酸、正硅酸乙酯等)均匀混合,并调节其pH值为碱性,得到混合液C;
[0052]步骤二:将长碳纤维(长度大于SOOum)置于丙酮溶液中超声清洗2?1h后取出,用去离子水清洗后烘干。然后将烘干后的长碳纤维布置于0.1?2mol/L的硝酸溶液中浸泡12?36h。最后,将浸泡处理后的长碳纤维用去离子水进行清洗、干燥;
[0053]步骤三:称取Ig?6g步骤二的长碳纤维溶于50?200ml水中,通过砂芯漏斗抽滤装置对其进行抽滤得到长碳纤维滤饼,然后通过模压的方式,在2Mpa?15Mpa的压力下,静置1min?60min,然后将其用乙醇和去离子水清各洗3?6次,并于60?100 °C下烘干,即可获得厚度为0.5mm?I Omm的长碳纤维片D;
[0054]步骤四:将C溶液转入反应釜中,并加入步骤三的长碳纤维片D,密封后置于水热感应加热设备中,在10?500KHZ的感应频率和O?1200A的输出电流条件下反应1min?24h,然后自然冷却到室温。将长碳纤维片D取出,用去离子水清洗3?6次,并于60?100°C下干燥12?24h,即可得到生长有产物E(E为由A和B反应后生成的产物,可以为羟基磷灰石、磷酸镐、硅酸钙和硅酸钇等的长碳纤维片F。
[0055]步骤五:将步骤四的长碳纤维片F经过初步碾碎,放于100?500ml水中,在50?1000r/min的转速条件下,疏解时间60?120min后,在60?100°C条件下烘干,即得到均匀疏解长碳纤维。
[0056]步骤六:将0.5?2g步骤五均匀疏解的长碳纤维与10?20g粘结剂添加剂粉体F均匀混合后倒入热压模具中,在100?200°C、热压压力为2?1MPa的条件下热压I?4h。在热压过程中,每隔1min放气一次,以充分排掉高分子在热压过程中产生的气体。热压接触后自然冷却至室温,即可得到具有优异界面结合的长碳纤维/无机化合物盐协同增强的高分子基复合材料。
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