本发明涉及保温材料领域，尤其是一种粘胶基纤维保温复合材料的制备方法。
背景技术：
1、碳纤维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，是一种高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维保温材料具有导热系数小、热容量低、线性膨胀系数小、高温下机械强度不变、耐腐蚀、轻量化等优异性能，以其优越的耐高温性能、高温保温性能、易成型加工性能和低杂质含量而广泛应用于在高温真空炉或惰性气氛炉内。目前碳纤维保温材料按照原料类型分为三大类:聚丙烯腈(pan)基碳纤维保温材料、粘胶基碳纤维保温材料、沥青基碳纤维保温材料，在保温性能方面，粘胶基碳纤维的保温性能最好，而保温性能的优劣直接影响高温设备的运行工艺和能耗高低。本发明提供一种粘胶基纤维保温复合材料的制备方法。
技术实现思路
1、本发明涉及一种粘胶基纤维保温复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:以粘胶原丝为原料，进行致密化处理、预氧化、表面包覆得到高强度的粘胶基碳纤维，将所述粘胶基碳纤维与碳源前驱体复合，进行碳化、石墨化处理，备保温复合材料；本发明得到的碳纤维具有较好的机械强度，以及在碳层中的保持性能，得到的保温复合材料具备优异的力学性能。
2、一种粘胶基纤维保温复合材料的制备方法，所述方法包括:
3、1)取粘胶原丝，置于管式炉中，氮气保护下高温煅烧去除杂质，然后通入甲烷和氮气的混合气，高温碳沉积，得到表面致密化碳纤维；
4、2)在管式炉中通入水蒸气和氮气的混合气，高温氧化；
5、3)将步骤2的产物置于等离子化学气相沉积装置中，以四甲基硅烷和氢气的混合气体作为反应气体，在碳纤维的表面生长碳化硅晶须，得到表面沉积有碳化硅晶须的碳纤维；
6、4)将步骤3得到的碳纤维浸渍在聚碳硅烷的二甲苯溶液中，取出干燥，置于管式炉中，氮气保护下高温煅烧，得到碳化硅包覆的碳纤维；
7、5)将步骤4得到的碳纤维再次置于等离子化学气相沉积装置中，以四甲基硅烷和氢气的混合气体作为反应气体，在碳化硅包覆层的表面生长碳化硅晶须；
8、6)将间苯二酚、甲醛、去离子水、碳酸钠混合获得酚醛树脂前驱体溶液；将步骤5得到的碳纤维和所述前驱体溶液混合，加热制备凝胶，干燥，得到干凝胶；
9、7)将步骤6的干凝胶置于管式炉中，氮气保护下高温碳化，然后氮气保护下高温石墨化，得到粘胶基纤维保温复合材料。
10、进一步的，所述步骤1中，取粘胶原丝，放入管式炉中，通入氮气，升温至1000-1200℃，高温煅烧2-4h去除杂质，然后通入甲烷和氮气的混合气，其中甲烷占混合气体的40-55体积％，将炉内压力调整为1.5-3.0mpa，高温煅烧6-10h，得到表面致密化碳纤维。
11、进一步的，所述步骤2中，将管式炉中的温度降至800-900℃，通入水蒸气和氮气的混合气，其中水蒸气占混合气体的15-25体积％，在该温度下保温2-4h，冷却至室温取出。
12、进一步的，所述步骤3中，将步骤2的产物置于等离子化学气相沉积装置中，以四甲基硅烷和氢气的混合气体作为反应气体，其中四甲基硅烷占混合气体的体积百分比为10-15％，工作温度800-900℃，工作气压100pa，等离子体功率100w-150w，生长时间30-60min，在碳纤维的表面生长碳化硅晶须，得到表面沉积有碳化硅晶须的碳纤维。
13、进一步的，所述步骤4中，将步骤3得到的碳纤维浸渍在分子量为1000-1200的聚碳硅烷的二甲苯溶液中，其中聚碳硅烷的浓度为8-10wt％，取出干燥，置于管式炉中，通入氮气，升温至1400-1500℃，高温煅烧6-10h，得到碳化硅包覆的碳纤维。
14、进一步的，所述步骤5中将步骤4得到的碳纤维再次置于等离子化学气相沉积装置中，以四甲基硅烷和氢气的混合气体作为反应气体，其中四甲基硅烷占混合气体的体积百分比为10-15％，工作温度800-900℃，工作气压100pa，等离子体功率100w-150w，生长时间30-60min，在碳化硅包覆层的表面生长碳化硅晶须。
15、进一步的，所述步骤6中，将间苯二酚、甲醛、去离子水、碳酸钠按摩尔比为1:2:15-20:0.001-0.002混合均匀，获得酚醛树脂前驱体溶液；将步骤5得到的碳纤维和所述前驱体溶液以质量比1:3-4的比例混合，然后抽真空，真空度为0.05mpa以上，在50-60℃加热20-30h，得到凝胶，100℃干燥，得到干凝胶。
16、进一步的，所述步骤7中，将步骤6的干凝胶置于管式炉中，通入氮气，升温至1200-1400℃，高温碳化10-16h，然后升温至1800-2000℃，高温石墨化0.5-1h，得到粘胶基纤维保温复合材料。
17、一种粘胶基纤维保温复合材料，所述材料采用所述的方法制备得到。
18、本发明的有益技术效果
19、1)在高温高压下，对粘胶基纤维进行碳沉积修饰，从而使甲烷裂解的碳能够沉积在粘胶基碳纤维的孔隙中，提高纤维的致密度；
20、2)碳纤维在水蒸气环境中高温氧化，在表面形成大量含氧基团，而后在等离子沉积中，碳化硅纤维和含氧基团能够紧密结合，在碳纤维的表面生长碳化硅晶须，从而在其后的碳化硅包覆工艺中，上述晶须能够在包覆层中产生锚固作用，提高碳纤维和碳化硅包覆层的结合力，从而提高碳纤维的机械性能；
21、3)可选的，在碳化硅表面也可以进一步生长碳化硅晶须，利用锚固效应提高纤维与酚醛树脂形成的多孔碳之间的结合力，提高复合材料的机械性能。
1.一种粘胶基纤维保温复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，取粘胶原丝，放入管式炉中，通入氮气，升温至1000-1200℃，高温煅烧2-4h去除杂质，然后通入甲烷和氮气的混合气，其中甲烷占混合气体的40-55体积％，将炉内压力调整为1.5-3.0mpa，高温煅烧6-10h，得到表面致密化碳纤维。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将管式炉中的温度降至800-900℃，通入水蒸气和氮气的混合气，其中水蒸气占混合气体的15-25体积％，在该温度下保温2-4h，冷却至室温取出。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将步骤2的产物置于等离子化学气相沉积装置中，以四甲基硅烷和氢气的混合气体作为反应气体，其中四甲基硅烷占混合气体的体积百分比为10-15％，工作温度800-900℃，工作气压100pa，等离子体功率100w-150w，生长时间30-60min，在碳纤维的表面生长碳化硅晶须，得到表面沉积有碳化硅晶须的碳纤维。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，将步骤3得到的碳纤维浸渍在分子量为1000-1200的聚碳硅烷的二甲苯溶液中，其中聚碳硅烷的浓度为8-10wt％，取出干燥，置于管式炉中，通入氮气，升温至1400-1500℃，高温煅烧6-10h，得到碳化硅包覆的碳纤维。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中将步骤4得到的碳纤维再次置于等离子化学气相沉积装置中，以四甲基硅烷和氢气的混合气体作为反应气体，其中四甲基硅烷占混合气体的体积百分比为10-15％，工作温度800-900℃，工作气压100pa，等离子体功率100w-150w，生长时间30-60min，在碳化硅包覆层的表面生长碳化硅晶须。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6中，将间苯二酚、甲醛、去离子水、碳酸钠按摩尔比为1:2:15-20:0.001-0.002混合均匀，获得酚醛树脂前驱体溶液；将步骤5得到的碳纤维和所述前驱体溶液以质量比1:3-4的比例混合，然后抽真空，真空度为0.05mpa以上，在50-60℃加热20-30h，得到凝胶，100℃干燥，得到干凝胶。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤7中，将步骤6的干凝胶置于管式炉中，通入氮气，升温至1200-1400℃，高温碳化10-16h，然后升温至1800-2000℃，高温石墨化0.5-1h，得到粘胶基纤维保温复合材料。
9.一种粘胶基纤维保温复合材料，其特征在于，所述材料采用权利要求1-8任一项所述的方法制备得到。