连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料及其制备方法

1.本发明属于环保耐高温的纤维增强无机聚合物复合材料技术领域，尤其涉及一种力学性能优良、耐高温耐低温性能突出的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.磷酸基地质聚合物是通过采用一定浓度的磷酸来激发具有一定活性的铝硅酸盐共聚所形成的具有三维网络结构的p
‑
al
‑
si
‑
o无机聚合物。由于其具有优异的化学与高温稳定性，较低的密度、热导率与热膨胀系数，良好的密封性和抗氧化性能以及可调控的介电特性和摩擦特性，再加上原料来源广泛和制备能耗成本较低等优势，其有望在土木建筑的高温阻燃、航空航天的隔热防护、电子元器件的绝缘封装、重载汽车的刹车制动、坦克装甲的防弹抗冲击等领域被广泛应用。
3.然而，磷酸基地质聚合物较差的弯曲强度与韧性极大地限制了其应用范围，因此有必要对其进行补强增韧。目前，国外关于磷酸基地质聚合物的研究工作开展较早，国内也已有少量高校及研究所率先开展了关于地质聚合物的补强增韧方面的研究，并取得了一定的进展。但研究工作目标主要集中在碱基地质聚合物的补强增韧方面，而关于磷酸地质聚合物的补强增韧方面的工作还鲜有文献报导。究其主要原因，在于磷酸基地质聚合物兴起时间较晚于碱基地质聚合物，发展时间也短于碱基地质聚合物，因此发展成熟的程度远低于碱基地质聚合物，甚至在聚合机理上都仍存在观点的不统一。磷酸基地质聚合物的补强增韧问题是当前亟待解决的关键工程技术问题，也是重要的科学问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种力学性能优良、耐高温性能耐低温性能的连续碳纤维增强磷酸基聚合物复合材料及其制备方法。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
6.一种连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)连续碳纤维的前处理：将二维连续碳纤维布裁切成小块，然后将裁切好的连续碳纤维布进行真空热处理，以移除连续碳纤维表面的有机胶后待用，然后冷却至室温；
8.(2)铝
‑
硅源的活化前处理：将粒径为微米级的高岭土粉末进行煅烧，以移除其中结合水后形成具有酸激发活性的偏高岭土粉体；
9.(3)磷酸基地质聚合物浆料的制备：将步骤(2)得到的偏高岭土粉末与磷酸溶液混匀，得到磷酸基地质聚合物浆料；
10.(4)连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的成型：通过丝网印刷的方式将步骤(3)制得的磷酸基地质聚合物浆料均匀印刷在步骤(1)前处理后的连续碳纤维上，通过重复印刷的方式控制连续碳纤维表面的泥浆厚度，从而控制连续碳纤维与磷酸基地质聚合物基体的体积分数，最后将表面均匀涂覆有磷酸地质聚合物泥浆的连续碳纤维逐层叠放至
预处理好的模具上，将两侧模具加压合拢，形成致密的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物粗坯；
11.(5)固化与脱模养护：将步骤(4)形成的致密粗坯进行初步固化，然后脱模，将脱模后的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物预制体升温，进一步固化，以进一步完成基体的聚合反应；
12.(6)表面处理：将步骤(5)固化与脱模养护后的复合材料放入硅树脂溶液中浸渍，浸渍结束后取出、晾干，进行交联反应，得到连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料。
13.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，所述真空热处理的温度为1400℃～1800℃，所述真空热处理的时长为0.5h～1h，所述真空热处理的升温速率为1℃/min～5℃/min，所述真空热处理的降温速率为1℃/min～3℃/min。
14.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，所述高岭土的粒径≤5μm，所述煅烧温度为650℃～750℃，时长为4h～6h，升温速率为5℃/min～15℃/min，降温速率为1℃/min～5℃/min。
15.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，所述高岭土的粒径≤5μm，所述煅烧温度为650℃～750℃，时长为4h～6h，升温速率为5℃/min～15℃/min，降温速率为1℃/min～5℃/min。
16.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述磷酸溶液由质量分数为85wt％的浓磷酸稀释得到，所述稀释的过程需搅拌24h～48h，所述磷酸溶液的浓度为4mol/l～12mol/l，所述磷酸溶液与所述偏高岭土粉体的质量之比为0.6～1.0∶1。
17.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，所述模具的内表面涂覆一层脱模剂进行预处理，所述脱模剂为水性脱模剂。更优选的，所述水性脱模剂为pe脱模剂。
18.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，所述丝网印刷方式中丝网的目数为100目～400目，所述重复印刷的次数为2次～10次。
19.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，所述步骤(5)中，所述初步固化的温度为40℃～80℃，初步固化的时间为24h～72h。
20.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，所述步骤(5)中，所述进一步固化的温度为150℃～400℃，进一步固化的时间为1h～5h，所述升温的速率为1℃/min～5℃/min，进一步固化结束后的降温速率为1℃/min～3℃/min。
21.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，步骤(6)中，所述硅树脂为低发泡型疏水性硅树脂，所述硅树脂溶液所用溶剂为酒精，所述硅树脂溶液的浓度为5％～10wt％，所述浸渍为大气压下浸渍，浸渍时长为4h～6h，所述晾干时长为12h～24h。更优选的，所述低发泡型疏水性硅树脂为sr249硅树脂或mk硅树脂。
22.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，优选的，步骤(6)中，所述交联反应的温度为100℃～150℃，所述交联反应的时间为2h～6h。
23.作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚
合物复合材料的制备方法制得的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料。
24.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料，优选的，所述复合材料由连续碳纤维和磷酸基地质聚合物构成，所述连续碳纤维均匀分布于磷酸基地质聚合物基体中。
25.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料，优选的，所述连续碳纤维的含量按体积分数计为10％～55％。
26.上述的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料，优选的，所述复合材料的孔隙率为8.8％～14.5％。
27.本发明中，磷酸基地质聚合物中sio2与al2o3的摩尔比优选为1.98∶1，所述sio2与磷酸中的po
43+
的摩尔比为0.7～2∶1。
28.本发明中，步骤(1)中，所述碳纤维结构为二维布形式，其种类包含平纹、斜纹布或缎纹布等，其分布于磷酸基地质聚合物基体中的纤维体积分数为10％～55％。
29.目前，国内外文献中并未发现关于连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物的研究性报道。仅有一般磷酸基地质聚合物的制备方法，其制备技术路线首先是从原料上选用成本较低且来源广泛的天然高岭土矿物作为铝硅源，然后以一定浓度的磷酸为激发剂与之均匀混合形成具有一定流动性的前驱体浆料，最后再通过一定条件的养护固化形成磷酸基地质聚合物复合材料。然而，针对连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料而言，在考虑现有磷酸基地质聚合物制备特点的前提下，如何快速制备出性能优异、工艺简单的磷酸基地质聚合物复合材料，是需要解决的关键问题，其中所涉及的关键技术点包括如何将连续碳纤维均匀的分布在磷酸基地质聚合物中，如何确保所形成的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物充分致密，以及如何成型养护等。
30.本发明中，连续纤维是相对于短切纤维而言的，为行业术语。
31.与现有技术相比，本发明的优点在于：
32.1、本发明的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料，首次将连续碳纤维增强相与磷酸基地质聚合物基体二者的优势结合在一起，获得一种力学性能优良的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料。利用连续碳纤维提供优良的力学性能，尤其是在提高弯曲及断裂韧性方面，大幅度提高了原有磷酸基地质聚合物复合材料力学性能。
33.2、本发明的制备方法使用高岭土矿物作为原始铝硅源材料，其具有来源广泛，价格成本较低等显著特点，尤其是其本身突出的润滑效果使得其形成的浆料具有非常突出的流动性能，因而有利于其在复合材料中的均匀分布。
34.3、本发明的制备方法通过使用丝网印刷的方式来控制网孔目数、印刷次数等，从而能有效调节纤维布表面的基体厚度与均匀性，以此来得到增强体纤维与基体分布均匀，并且增强体纤维和基体体积分数可控的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料。
35.4、本发明的制备方法通过真空高温热处理的方式对碳纤维进行预处理，其主要达到两个目的，其一，去除碳纤维表面的有机胶；其二，高温真空热处理有利于进一步挥发碳纤维内部的灰分杂质，促进碳纤维内部的碳原子排布结构由乱层石墨结构逐步向有序化转变，从而提升碳纤维的石墨化度与表面光滑程度以及纤维的弹性模量，使之能够更好地与磷酸基地质聚合物结合，最大可能地发挥出碳纤维在磷酸基地质聚合物复合材料中地增强效果。
36.5、本发明的制备方法通过采用低温结合高温养护地方式，有效克服了单一低温养护时间长和单一高温养护易开裂地缺点，大大提高了碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料固化与养护效率，同时起到了减小养护过程中产生裂纹的效果。
37.6、本发明的制备方法为减少养护完全后因材料本身吸水导致的力热电各方面性能地不稳定变化，通过采用5
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10wt％浓度的硅树脂进行后续地大气压浸渍，可使表面形成约几十个纳米厚度的有机树脂涂层，有效的解决了连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料因存放带来的环境和时间效应的问题，并且由于有机树脂具有良好的粘结性，因此也能够对磷酸基地质聚合物复合材料的力学性能做进一步的略微提高。
38.总之，本发明从原料的预处理、浆料的配制与印刷、纤维与基体的体积分数控制复合材料的压模与成型以及后期的固化和养护等方面着手，提供了一套完善而又简单的制备连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料地制备方法，该制备方法能耗成本低、工艺简单。所制备的复合材料由于将碳纤维与磷酸基地质聚合物基体二者的优势进行互补，因而所制备的复合材料不仅具有优异的力学性能、还能耐受超高的温度。
附图说明
39.图1为本发明连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料的制备工艺流程图。
40.图2为本发明实施例1制得的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料的实物图。
41.图3为本发明实施例1制得的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料横断面处(放大200倍)的微观结构图。
42.图4为本发明实施例1制得的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料横断面处(放大5000倍)的微观结构图。
具体实施方式
43.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
44.实施例1：
45.一种本发明的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
46.(1)碳纤维的前处理：选用两股纤维束交织成90
°
夹角的碳纤维平纹布，将碳纤维平纹布裁切成边长为10cm大小的正方形状，然后将其放置于裂解炉中真空热处理以移除碳纤维表面有机胶，升温至1600℃，保温1h，热处理升温速率为5℃/min，降温速率3℃/min，待冷却至室温，完成碳纤维前处理。
47.(2)铝
‑
硅源的活化前处理：将平均粒径为2.5μm的超细高岭土粉末置于马弗炉中700℃热处理5h，热处理升温速率为10℃/min，降温速率为5℃/min，待热处理结束后随炉冷却至室温，制得偏高岭土粉末。该过程可保证浆料具有较细粒径，使反应均匀，同时煅烧温度的选择旨在移除高岭土中的部分结合水，使高岭土结构转变为具有酸激发活性的偏高岭土结构。
48.(3)激活剂的配制：按照浓磷酸与去离子水质量之比为3.53∶1，称取85wt％浓磷酸逐滴加入至去离子水中，然后充分搅拌均匀，配制成浓度为10mol/l的磷酸溶液后静置24h，
使其电离均匀和放热充分，待放热完全后备用。
49.磷酸基地质聚合物浆料的制备：按照偏高岭土粉末与磷酸溶液质量之比为1∶1，将步骤(2)所得到的活化的铝硅活性粉末缓慢加入磷酸溶液中，然后充分搅拌均匀，形成均一稳定且流动性优良的磷酸基地质聚合物浆料。
50.(4)模具的准备与预处理：将两块钢制模具的内表面用酒精清洗干净，然后涂覆一层pe脱模剂以避免后期复合材料的脱模过程困难，待脱模剂固化成型后备用。
51.连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的成型：选取目数为200目的丝网装置，通过丝网印刷的方式将步骤(3)所获得的浆料均匀印刷在步骤(1)前处理后的碳纤维上，重复印刷4次，通过重复印刷的方式控制纤维布表面的泥浆厚度，从而控制碳纤维与磷酸基地质聚合物基体的体积分数，最后将表面均匀涂覆磷酸地质聚合物泥浆的碳纤维布逐层叠放至预处理好的模具上，以按照每1cm厚度包含4层碳纤维布的要求，将两侧钢制模具进行加压合拢，使之初步成型，形成较为致密的粗坯；
52.(5)固化与脱模养护：将步骤(4)形成的致密粗坯放置于烘箱中保持低温一定时间，即60℃保温24h，以完成初步固化，然后进行脱模，将脱模后的碳纤维增强磷酸基地质聚合物预制体进一步放置于马弗炉中进行养护，以进一步完成基体的聚合反应，提高复合材料的力学性能。其中马弗炉升温速率为3℃/min，待升至250℃后保温1h，然后同样3℃/min进行降温，比较慢的升降温速率可尽量减少过程中带来的受热不均等微裂纹缺陷，待冷却至室温后取出。
53.(6)表面处理：将步骤(5)脱模养护结束后的复合材料进一步放入浓度为6wt％的mk硅树脂酒精溶液中，于普通大气压下浸渍4h，取出后晾干15h，然后进一步移至烘箱中，保持120℃进行交联，时长3h，以使复合材料表面疏水化，避免因后期存放吸水而带来的性能波动。
54.上述本实施例制备的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料，由连续碳纤维和磷酸基地质聚合物构成，连续碳纤维均匀分布于磷酸基地质聚合物基体中。该复合材料中，碳纤维含量按体积分数计为35％，磷酸基地质聚合物由al2o3、sio2和磷酸制得，sio2与al2o3的摩尔比为1.98∶1，sio2与磷酸中的po
43+
的摩尔比为1.3∶1，连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的孔隙率为8.8％。
55.图2为本实施例制备得到的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料的实物照片。经检测，本实施例制备得到的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料的弯曲强度为248.5mpa，断裂韧性为12.7mpa
·
m
1/2
。经1000℃高温氩气中热处理30min后，弯曲强度保留率84.4％；经低温液氮(
‑
198℃)冷处理30min后弯曲强度保留率为112.7％。
56.图3为本实施例制得的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料的截面微观结构图，采用扫描电子显微镜观测本发明的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的截面微观结构可以看到，磷酸基地质聚合物充分固化养护成型后，均匀填充于碳纤维束内以及束间的空隙。
57.图4为本实施例所制备得到的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料的断面微观结构图，可以看到，连续碳纤维增强的磷酸基地质聚合物复合材料在受高载荷外力破坏作用发生断裂时，断口处出现大量的纤维拔出和脱粘现象，由此也说明本实施例复合材料的弯曲强度和断裂韧性得到显著提升。
58.实施例2：
59.一本发明的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
60.(1)碳纤维的前处理：选用碳纤维斜纹布，将碳纤维斜纹布裁切成边长为10cm大小的正方形状，然后将其放置于裂解炉中热处理以移除碳纤维表面有机胶，至1400℃，热处理保温时间为1h，热处理升温速率为5℃/min，降温速率为3℃/min，待冷却至室温，完成碳纤维前处理。
61.(2)铝
‑
硅源的活化前处理：将平均粒径为2.5μm的超细高岭土粉末置于马弗炉中700℃热处理5h，热处理升温速率为10℃/min，降温速率为5℃/min，待热处理结束后随炉冷却至室温，制得偏高岭土粉末。
62.(3)激活剂的配制：按照浓磷酸与去离子水质量之比为3.53∶1，称取85wt％浓磷酸逐滴加入至去离子水中，然后充分搅拌均匀，配制成浓度为10mol/l的磷酸溶液后静置24h，待放热完全后备用。
63.磷酸基地质聚合物浆料的制备：按照偏高岭土粉末与磷酸溶液质量之比为1∶1，将步骤(2)所得到的活化的铝硅活性粉末缓慢加入磷酸溶液中，然后充分搅拌均匀，形成流动性优良的磷酸基地质聚合物浆料。
64.(4)模具的准备与预处理：将两块钢制模具的内表面用酒精清洗干净，然后涂覆一层pe脱模剂，待脱模剂固化成型后备用。
65.连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的成型：选取目数为200目的丝网装置，通过丝网印刷的方式将步骤(3)所获得的浆料均匀印刷在步骤(1)前处理后的碳纤维上，重复印刷4次，最后将表面均匀涂覆磷酸地质聚合物泥浆的碳纤维布逐层叠放至预处理好的模具上，以按照每1cm厚度包含4层碳纤维布的要求，将两侧钢制模具进行加压合拢，使之初步成型，形成较为致密的粗坯；
66.(5)固化与脱模养护：将步骤(4)形成的致密粗坯放置于60℃烘箱中保温24h，以完成初步固化，然后进行脱模，将脱模后的碳纤维增强磷酸基地质聚合物预制体进一步放置于马弗炉中进行养护，其中马弗炉升温速率为3℃/min，待升至250℃后保温1h，然后同样3℃/min进行降温，待冷却至室温后取出。
67.(6)表面处理：将步骤(5)脱模养护结束后的复合材料进一步放入浓度为8wt％的mk硅树脂酒精溶液中，于普通大气压下浸渍4h，取出后晾干15h，然后进一步移至烘箱中，保持120℃进行交联，时长3h，以使复合材料表面疏水化，避免因后期存放吸水而带来的性能波动。
68.上述本实施例制备的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料，由连续碳纤维和磷酸基地质聚合物构成，连续碳纤维均匀分布于磷酸基地质聚合物基体中。该复合材料中，碳纤维含量按体积分数计为40％，磷酸基地质聚合物由al2o3、sio2和磷酸制得，sio2与al2o3的摩尔比为1.98∶1，sio2与磷酸中的po
43+
的摩尔比为1.3∶1，连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的孔隙率为12.4％。
69.经检测，本实施例制备得到的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料的弯曲强度为283.2mpa，断裂韧性为14.9mpa
·
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1/2
。经1000℃高温氩气中热处理30min后，强度保留率85.6％；经低温液氮(
‑
198℃)冷处理30min后强度保留率为118.3％。
70.实施例3：
71.一种本发明的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
72.(1)碳纤维的前处理：选用碳纤维锻纹布，将碳纤维锻纹布裁切成边长为10cm大小的正方形状，然后将其放置于裂解炉中热处理，升温至1800℃，保温1h，热处理升温速率为3℃/min，降温速率为1℃/min，待冷却至室温，完成碳纤维前处理。
73.(2)铝
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硅源的活化前处理：将平均粒径为2.5μm的超细高岭土粉末置于马弗炉中700℃热处理5h，热处理升温速率为10℃/min，降温速率为3℃/min，待热处理结束后随炉冷却至室温待用，制得偏高岭土粉末。
74.(3)激活剂的配制：按照浓磷酸与去离子水质量之比为3.53∶1，称取85wt％浓磷酸逐滴加入至去离子水中，然后充分搅拌均匀，配制成浓度为10mol/l的磷酸溶液后静置24h，待放热完全后备用。
75.磷酸基地质聚合物浆料的制备：按照偏高岭土粉末与磷酸溶液质量之比为1∶0.9，将步骤(2)所得到的活化的铝硅活性粉末缓慢加入磷酸溶液中，然后充分搅拌均匀，形成流动性优良的磷酸基地质聚合物浆料。
76.(4)模具的准备与预处理：将两块钢制模具的内表面用酒精清洗干净，然后涂覆一层pe脱模剂，待脱模剂固化成型后备用。
77.连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的成型：选取目数为200目的丝网装置，通过丝网印刷的方式将步骤(3)所获得的浆料均匀印刷在步骤(1)前处理后的纤维布上，重复印刷4次，最后将表面均匀涂覆磷酸地质聚合物泥浆的碳纤维布逐层叠放至预处理好的模具上，以按照每1cm厚度包含4层碳纤维布的要求，将两侧钢制模具进行加压合拢，使之初步成型，形成较为致密的粗坯；
78.(5)固化与脱模养护：将步骤(4)形成的致密粗坯放置于60℃烘箱中保温24h，以完成初步固化，然后进行脱模，将脱模后的碳纤维增强磷酸基地质聚合物预制体进一步放置于马弗炉中进行养护，其中马弗炉升温速率为3℃/min，待升至300℃后保温1h，然后同样3℃/min进行降温，待冷却至室温后取出。
79.(6)表面处理：将步骤(5)脱模养护结束后的复合材料进一步放入浓度为5wt％的sr249硅树脂酒精溶液中，于普通大气压下浸渍6h，取出后晾干15h，然后进一步移至烘箱中，保持120℃进行交联，时长3h，以使复合材料表面疏水化，避免因后期存放吸水而带来的性能波动。
80.上述本实施例制备的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料，由连续碳纤维和磷酸基地质聚合物构成，连续碳纤维均匀分布于磷酸基地质聚合物基体中。该复合材料中，碳纤维含量按体积分数计为45％，磷酸基地质聚合物由al2o3、sio2和磷酸制得，sio2与al2o3的摩尔比为1.98∶1，sio2与磷酸中的po
43+
的摩尔比为1.5∶1，连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的孔隙率为14.5％。
81.经检测，本实施例制备得到的连续碳纤维增强磷酸地质聚合物复合材料的弯曲强度为285.6mpa，断裂韧性为13.3mpa
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1/2
。经1000℃高温氩气中热处理30min后，强度保留率88.3％；经低温液氮(
‑
198℃)冷处理30min后强度保留率为116.5％。
82.由实施例1至3可知，本发明的制备方法制备得到的连续碳纤维增强磷酸基地质聚
合物复合材料具有优异力学性能和耐高低温性能，适合于极端条件环境下对力学强度有较高要求下的应用。
83.综上所述，本发明立足磷酸基地质聚合物的特点、研究现状与存在的问题，结合碳纤维、磷酸基地质聚合物二者的优势，提供连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料这一新型材料体系，并形成了能够获得优良性能的制备方法。
84.在制备方法上，首先通过选用具有极低成本且来源广泛的天然高岭土矿物作为原材料，为复合材料制备提供了可靠的原料保障，然后再通过简单的中低温煅烧即可获得具有较高活性的前驱体活性粉末。由于该前驱体粉末的特殊片层结构和磷酸本身水解产生质子与其结合产生表面斥力，因此前驱体粉末与磷酸共混搅拌后得到的磷酸基地质聚合物前驱体浆料具有非常好的分散性和流动性。再然后通过利用该浆料对改性处理过后的连续碳纤维布表面进行丝网印刷，并采用叠层和模压等技术步骤，最终固化养护一次成型为连续碳纤维增强的磷酸基地质聚合物复合材料。该复合材料孔隙率低于15％，弯曲强度可达到285.6mpa，断裂韧性为14.9mpa
·
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1/2
，经1000℃高温氩气中热处理30min后，强度保留率84.4％～88.3％；经低温液氮(
‑
198℃)冷处理30min后强度保留率为112.7％～118.3％。对比于未经连续碳纤维增强的磷酸基地质聚合物材料，其力学性能大幅提高。虽然没有完全对应的其他方法制备的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料可以对比，但可与现有的连续钢纤维和连续有机纤维对比：一是连续纤维增强能力上更加突出，对于力学性能的提升效果更加显著；二是碳纤维本身相对于钢纤维和有机纤维的耐温范围更广泛，尤其是在极低温度和高温下冷热交替时，性能更为稳定；三是相比较于钢纤维和有机纤维，连续碳纤维与磷酸基地质聚合物基体之间具有更好的化学与物理稳定性；四是由于碳纤维较高的轴向热导率和较低的热膨胀系数，使得连续碳纤维增强的磷酸基地质聚合物复合材料在更高或者更低的极端环境下，内部热应力更加均匀，材料因温度环境带来的尺寸形变更小。
85.本发明采用低浓度的有机硅树脂溶液作为前驱体浸渍液，对已经成型后的连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料进行大气压浸渍，一方面由于有机硅树脂能够起到进一步填充复合材料内部空隙和裂纹，且能粘结微裂纹，因此复合材料的力学性能进一步得到提升；另一方面，由于有机硅树脂干燥交联后具有较好的疏水性能，因此能够有效隔绝连续碳纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料与空气中的水汽接触问题，从而能够解决因磷酸基地质聚合物吸水而带来的性能失稳问题，也妥善解决了复合材料制备后的长期存放问题。
86.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例解释如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。