专利名称:麻纤维遗态结构氧化锡或氧化铝复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于复合材料制造技术领域：
，涉及一种复合材料的制备方法， 特别涉及一种麻纤维遗态结构氧化锡或氧化铝复合材料的制备方法。
技术背景
目前，公知的制备金属氧化物/炭基复合材料的技术有l)材料导报[J]， 2006， 10:5 7中刊载的《遗态材料的研究理念和研究进展》；2)宁夏工 程技术[J]， 2006， 6:130 134中刊登的《以木材为模板制备TiN/C多孔陶 瓷》；3)昆明理工大学硕士学位论文，2006， 19:1 88《烟杆基木质陶瓷 的制备及表征》；4)材料研究学报[J]， 2002,16:259 262刊载的《具有网 络互穿结构的木质陶瓷复合材料》；5)《轨道车辆用炭基滑块材料的制备 工艺》(申请号'200710121765.0，公开号CN101165819，
公开日2008.04.23); 6)专利《生态陶瓷、金属复合材料的制备方法》(专利号ZL02137503.8， 公开号CN1403620，
公开日2003.03.19) ; 7)专利《一种纤维状炭基吸附 材料及其制备方法》(专利号ZL00104484.2，公开号CN1303736，
公开日2001.07.18) ; 8)专利《模压制备含锆炭基复合材料的方法》(专利号 ZL200310109702.5，公开号CN1546581 ，
公开日2004.11.17)。
以上公开的现有技术主要涉及利用木、竹、秸秆、烟杆等天然纤维的 遗态结构制备C纤维陶瓷复合材料的方法，没有涉及利用麻纤维遗态结构
制备金属氧化物/炭基复合材料的方法。而c纤维陶瓷复合材料的应用范围
有限，且目前国内外文献所报道有关遗态材料的性能研究还不完善，依据 遗态材料制成的复合材料的力学性能不理想，使其应用受到很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种麻纤维遗态结构氧化锡或氧化铝复合材料 的制备方法，以麻纤维为模板材料，通过浸渍纳米氢氧化锡或纳米氢氧化 铝溶液，结合中温真空反应热压烧结，形成一种麻纤维遗态结构的金属氧 化物/炭基复合材料。
本发明所采用的技术方案是， 一种基于麻纤维遗态结构氧化锡或氧化 铝复合材料的制备方法，按以下步骤进行
步骤l:制备纳米氢氧化物水溶液
取SnCU水溶液或Al2 (S04) 3水溶液，滴加氨水，产生化学共沉淀， 得到纳米Sn (OH) 4水溶液或纳米A1 (OH) 3水溶液； 步骤2:对麻纤维进行前处理
取麻纤维，进行脱胶、碱处理并干燥，得到麻纤维原料，
或，取麻纤维，碱处理并干燥，得到麻纤维原料，
或，取麻纤维，干燥、压坯并高温碳化，或碱处理、干燥并高温碳化， 得到麻纤维遗态结构的晶态C，
或，取麻纤维，脱胶、干燥、压坯并高温碳化，或脱胶、碱处理、干 燥并高温碳化，得到麻纤维遗态结构的晶态C;
步骤3:对前处理后的麻纤维进行浸渍处理
将步骤2得到的麻纤维原料或麻纤维遗态结构的晶态C浸入步骤1制 得的纳米Sn (OH) 4水溶液或A1 (OH) 3水溶液中，浸渍0.5h lh，取出，
置于温度为60。C 105'C的环境中，干燥lh 4h，重复进行浸渍和干燥， 直至Sn02或Al203与麻纤维或C纤维的重量比为5: 3 5，得到备料； 步骤4;对浸渍得到的备料进行中温真空反应热压烧结 将步骤3制得的备料，在室温、20MPa 100MPa压力下压制成坯料， 将该坯料置于温度为300°C 600°C、压力为lMPa 5MPa的真空热压炉或 氮气保护热压炉内，保温0.5h 2h，反应热压烧结成型，取出，在温度为 100'C 25(TC的环境中，退火2h 4h，制得具有麻纤维遗态结构的A1203/C 或SnCVC复合材料。
本发明的特征还在于，
上述步骤2中的脱胶，采用现有常规纺织的麻脱胶工艺，对麻纤维进 行完全脱胶或不完全脱胶。
上述步骤2中的碱处理，将麻纤维放入浓度为5wtn/。 25wtM的NaOH 水溶液中浸泡10h 30h，取出，用水洗涤至中性pH二7。
上述步骤2中的干燥，将麻纤维置于温度为6(rC 105t的环境中，保 温lh 4h。
上述步骤2中的压坯，将干燥后的麻纤维在室温下，施加20MPa 100MPa的压力压制成坯料。
上述步骤2中的高温碳化，将压制成的坯料置于温度为1 IO(TC 1200°C 的真空环境'中，保温0.5h 2h。
麻纤维选用选用苎麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维的原麻和 精干麻。
本发明方法基于麻纤维的遗态结构，经浸渍和热压烧结，制备金属氧
化物/炭基复合材料。该方法与现有技术相比具有以下优点
l.利用化学共沉淀制备Sn或Al的纳米氢氧化物与麻纤维或具有麻纤 维遗态结构的晶态C浸渍，使纳米氢氧化物浸入麻纤维结构腔体内或周围。
2. 利用反应热压成型工艺使纳米氢氧化物脱水为金属氧化物并与C复 合，制备具有麻纤维遗态结构的A1203/C或Sn02/C复合材料。
3. 制得的金属氧化物/炭基复合材料具有质轻，消振、吸音和减摩耐磨 性好的特点，应用前景更广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
对本发明进行详细说明。
本发明制备方法，首先制备纳米氢氧化锡或纳米氢氧化铝水溶液；然 后，取天然麻纤维，将其脱胶后进行碱处理或直接进行碱处理或直接进行 高温碳化或脱胶后进行高温碳化等前处理，之后，置于纳米氢氧化锡或纳 米氢氧化铝水溶液中浸渍、干燥后，通过中温真空反应热压烧结，再退火， 制得A1203/C或Sn02/C复合材料。该制备方法具体按以下步骤进行
步骤l:制备纳米氢氧化锡或氢氧化铝水溶液
取SnCl4水溶液或Al2 (S04) 3水溶液，滴加氨水，产生化学共沉淀， 得到纳米Sn (OH) 4水溶液或纳米A1 (OH) 3水溶液； 步骤2:取天然麻纤维，对其进行前处理
取天然麻纤维，将其剪切为5mm 100mm长的段，采用现有常规纺织 的麻脱胶工艺，对麻纤维进行完全脱胶或不完全脱胶，然后，放入浓度为 5wt。/。 25wt。/。的NaOH水溶液中浸泡10h 30h，取出，用水洗涤至中性pH 二7，置于温度为6(TC 105。C的环境或真空环境中，干燥lh 4h，得到麻
纤维原料，
或，取天然麻纤维，将其剪切为5mm 100mm长的段，放入浓度为 5wty。 25wt。/。的NaOH水溶液中浸泡10h 30h，取出，用水洗涤至中性pH =7，然后，置于温度为6(TC 105i:的环境中，干燥lh 4h，得到麻纤维 原料，
或，取天然麻纤维，将其剪切为5mm 100mm长的段，在温度为60'C 105。C的环境中，干燥lh 4h，或放入浓度为5wt。/。 25wt。/。的NaOH水溶 液中浸泡10h 30h，取出，用水洗涤至中性pH-7，在温度为60°C 105°C 的环境中，干燥lh 4h，然后，室温下，施加50MPa 100 MPa的压力压 制成坯料，将该坯料置于温度为110(TC 120(TC的真空环境中，保温0.5h 2h，得到麻纤维遗态结构的晶态C，
或，取天然麻纤维，将其剪切为5mm 100mm长的段，采用现有常规 纺织的麻脱胶工艺，对麻纤维进行完全脱胶或不完全脱胶，然后，在温度 为60'C 105""C的环境中，干燥lh 4h，或放入浓度为5^% 25//1%的 NaOH水溶液中浸泡10h 30h,取出，用水洗涤至中性pH=7，在温度为 60。C 105。C的环境中，干燥lh 4h，室温下，施加20MPa 100MPa的压 力压制成坯料，将该坯料置于温度为110(TC 120(TC的真空环境中，保温 0.5h 2h，得到麻纤维遗态结构的晶态C;也可以不压制成坯料，将脱胶或 脱胶并碱处理后的麻纤维置于温度为1100'C 120(TC的真空环境中，保温 0.5h 2h，得到麻纤维遗态结构的晶态C;
天然麻纤维选用苎麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维的原麻和 精干麻。
步骤3:对前处理后的麻纤维进行浸渍处理
将步骤2得到的麻纤维原料或麻纤维遗态结构的晶态C浸入步骤1制 得的纳米Sn (OH) 4水溶液或A1 (OH) 3水溶液中，浸渍0.5h lh，取出， 置于温度为60'C 105t:的环境中，干燥lh 4h，重复进行浸渍和干燥， 直至Sn02或Al203与麻纤维或C纤维的重量比为5: 3 5，得到备料；
步骤4;对浸渍得到的备料进行中温真空反应热压烧结
将步骤3制得的备料，在室温、40MPa 400MPa压力下压制成坯料， 将该坯料置于温度为300°C 600°C、压力为lMPa 5MPa的真空热压炉或 氮气保护热压炉内，保温0.5h 2h，反应热压烧结成型，取出，在温度为 10(TC 25(TC的环境中，退火2h 4h，制得具有麻纤维遗态结构的A1203/C 或Sn(VC复合材料。
实施例1
取SnCl4水溶液，在该水溶液中滴加氨水，产生化学共沉淀，得到纳 米Sn(OH)4水溶液。将完全脱胶的苎麻纤维(精干麻)剪切为5mm 100mm 长的段，放入浓度为5wt。/。的NaOH水溶液中浸泡30h，取出，水洗至pH 呈中性(pH二7)，在温度为6(TC的真空环境中干燥4h;将处理后的麻纤维 浸入纳米Sn(OH)4水溶液中，浸渍0.5h，取出，置于温度为105'C的环境中， 干燥lh，重复进行浸渍和干燥，直至Sn02与苎麻纤维的重量比为5: 3， 得到备料，将该备料在室温、压力为40MPa下压制成坯料，然后放入温度 为600。C、压力为5MPa的真空热压炉内，保温0.5h，反应热压烧结成型， 取出，再置于温度为IO(TC的环境中，退火4h，制得具有麻纤维遗态结构 的Sn02/C复合材料。
实施例2
取Ab(S04)3水溶液，在该溶液中滴加氨水，产生化学共沉淀，制得纳 米Al(OH)3水溶液。将未脱胶的剑麻原麻剪切为5mm 100mm长的段，放 入浓度为25wtQ/。的NaOH水溶液中浸泡10h，取出，水洗至pH呈中性(pH 二7)，在温度为105'C的环境中，干燥lh;将处理后的麻纤维浸入纳米 Al(OH)3前躯体水溶液中，浸渍lh，取出，置于温度为6(TC的真空环境中， 干燥4h，重复进行浸渍和干燥，直至八1203与麻纤维的重量比为5: 5，得 到备料，将该备料在室温、压力为40MPa的环境中压制成坯料，然后置于 温度为30(TC、压力为lMPa的真空热压炉内，保温2h，反应热压烧结成型， 取出，再置于温度150'C的环境中，退火2h，制得具有麻纤维遗态结构的 A1203/C复合材料。
实施例3
取Al2(S04)3水溶液，在该溶液中滴加氨水，产生化学共沉淀，制得纳 米AI(OH)3水溶液。将未脱胶的剑麻原麻剪切为5mm 100mm长的段，放 入浓度为15wt。/。的NaOH水溶液中浸泡20h，取出，水洗至pH呈中性(pH 二7)，在温度为85t:的真空环境中，干燥2.5h;将处理后的麻纤维浸入纳 米A1(0H)3水溶液中，浸渍0.75h，取出，置于温度为85。C的真空环境中， 干燥2.5h，重复进行浸渍和干燥，直至^203与麻纤维的重量比为5: 4， 得到备料，将该备料在室温、压力为20MPa的环境中压制成坯料，然后置 于温度为45(TC、压力为3MPa的真空热压炉内，保温1.25h，反应热压烧 结成型，取出，再置于温度175"C的环境中，退火3h，制得具有麻纤维遗 态结构的Al2(VC复合材料。
实施例4
取SnCU水溶液，在该水溶液中滴加氨水，产生化学共沉淀，制得纳米 Sn(OH)4水溶液。将未脱胶的亚麻原麻剪切为5mm 100mm长的段，在温 度为6(TC的真空环境中，干燥4h，室温下，施加50MPa的压力压制成坯， 然后，放入温度为UO(TC的真空炉内，保温2h，得到麻纤维遗态结构的晶 态C，将该麻纤维遗态结构的晶态C浸入纳米Sn(OH)4水溶液中，浸渍0.5h， 取出，在温度为6(TC的真空环境中，干燥4h，重复进行浸渍和干燥，直至 Sn02与C纤维的重量比为5: 3，得到备料，将该备料放入温度为450。C、 压力为lMPa的真空炉内，保温2h，反应热压烧结成型，取出，再置于温 度为IO(TC的环境中，退火4h，制得具有麻纤维遗态结构的Sn02/C复合材 料。
实施例5
取Ab(S04)3水溶液，在该水溶液中滴加氨水，产生化学共沉淀，制得 纳米Al(OH)3水溶液。将完全脱胶的大麻(精干麻)剪切为5mm 100mm 长的段，在温度为105。C的环境中，干燥lh，室温下、施加100MPa的压力 压制成坯，然后，放入温度为120(TC的真空炉内，保温0.5h，得到麻纤维 遗态结构的晶态结构C，取出；将制得的麻纤维遗态结构的晶态C浸入该 纳米Al(OH)3水溶液中，浸渍lh，取出，在温度为105'C的环境中，干燥 lh，重复进行浸渍和干燥，直至Al203与C纤维的重量比为5: 5，得到备 料，将该备料放入温度为35(TC、压力为5MPa的氮气保护热压炉内，保温 0.5h，反应热压烧结成型，取出，再置于温度为15(TC的环境中，退火2h， 制得具有麻纤维遗态结构的A1203/C复合材料。
实施例6
取SnCl4水溶液，在该水溶液中滴加氨水，产生化学共沉淀，制得纳米 Sn(OH)4水溶液。将完全脱胶的大麻(精干麻)剪切为5mm 100mm长的 段，在温度为85。C的环境中，干燥3h，室温下、施加75MPa的压力压制成 坯，然后，放入温度为115(TC的真空炉内，保温1.3h，得到麻纤维遗态结 构的晶态结构C，取出；将制得的麻纤维遗态结构的晶态C浸入该纳米 Sn(0H)4水溶液中，浸渍0.75h，取出，在温度为85。C的真空环境中，干燥 3h，重复进行浸渍和干燥，直至Sn02与C纤维的重量比为5: 4，得到备 料，将该备料放入温度为40(TC、压力为3MPa的氮气保护热压炉内，保温 1.25h，反应热压烧结成型，取出，再置于温度为175"C的环境中，退火3h， 制得具有麻纤维遗态结构的Sn02/C复合材料。
本发明制备方法，利用Sn或Al的纳米氢氧化物浸入麻纤维结构腔体 内或周围，采用反应热压成型工艺使纳米氢氧化物脱水形成金属氧化物， 该金属氧化物与碳复合制得具有麻纤维遗态结构的金属氧化物/炭基复合材 料，此复合材料具有质轻，消振、吸音和减摩耐磨性好的特点，拓展了麻 纤维复合材料应用领域，具有更广阔的应用前景。
权利要求
1. 一种麻纤维遗态结构氧化锡或氧化铝复合材料的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行步骤1制备纳米氢氧化物水溶液取SnCl4水溶液或Al2(SO4)3水溶液，滴加氨水，产生化学共沉淀，得到纳米Sn(OH)4水溶液或纳米Al(OH)3水溶液；步骤2对麻纤维进行前处理取麻纤维，进行脱胶、碱处理并干燥，得到麻纤维原料，或，取麻纤维，碱处理并干燥，得到麻纤维原料，或，取麻纤维，干燥、压坯并高温碳化，或碱处理、干燥并高温碳化，得到麻纤维遗态结构的晶态C，或，取麻纤维，脱胶、干燥、压坯并高温碳化，或脱胶、碱处理、干燥并高温碳化，得到麻纤维遗态结构的晶态C；步骤3对前处理后的麻纤维进行浸渍处理将步骤2得到的麻纤维原料或麻纤维遗态结构的晶态C浸入步骤1制得的纳米Sn(OH)4水溶液或Al(OH)3水溶液中，浸渍0.5h～1h，取出，置于温度为60℃～105℃的环境中，干燥1h～4h，重复进行浸渍和干燥，直至SnO2或Al2O3与麻纤维或C纤维的重量比为53～5，得到备料；步骤4；对浸渍得到的备料进行中温真空反应热压烧结将步骤3制得的备料，在室温、20MPa～100MPa压力下压制成坯料，将该坯料置于温度为300℃～600℃、压力为1MPa～5MPa的真空热压炉或氮气保护热压炉内，保温0.5h～2h，反应热压烧结成型，取出，在温度为100℃～250℃的环境中，退火2h～4h，制得具有麻纤维遗态结构的Al2O3/C或SnO2/C复合材料。
2. 根据权利要求
1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的脱 胶，采用现有常规纺织的麻脱胶工艺，对麻纤维进行完全脱胶或不完全脱胶。
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中的碱 处理，将麻纤维放入浓度为5wtQ/。 25wtQ/。的NaOH水溶液中浸泡10h 30h， 取出，用水洗涤至中性pH二7。
4. 根据权利要求
1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的干 燥，将麻纤维置于温度为60。C 105。C的环境中，保温lh 4h。
5. 根据权利要求
1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的压 坯，将干燥后的麻纤维在室温下，施加20MPa 100MPa的压力压制成坯料。
6. 根据权利要求
1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的高 温碳化，将压制成的坯料置于温度为110(TC 120(TC的真空环境中，保温 0.5h 2h。
7. 根据权利要求
1、 2、 3、 4、 5或6所述的制备方法，其特征在于， 所述的麻纤维选用选用苎麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维的原麻 和精干麻。
专利摘要
本发明公开的一种麻纤维遗态结构氧化锡或氧化铝复合材料的制备方法，首先制备纳米氢氧化锡或氢氧化铝水溶液，然后，取麻纤维并对其进行前处理；得到麻纤维原料或具有麻纤维遗态结构的晶态结构C，并置于氢氧化物水溶液中进行浸渍，干燥，再经过中温真空反应热压烧结和退火，制得金属氧化物/炭基复合材料。本发明制备方法使Sn或Al的纳米氢氧化物浸入麻纤维结构腔体内或周围，利用反应热压成型工艺使纳米氢氧化物脱水，形成金属氧化物，该金属氧化物与炭复合制得具有麻纤维遗态结构的金属氧化物/炭基复合材料，此复合材料具有质轻，消振、吸音和减摩耐磨性好的特点，拓展了麻纤维复合材料应用领域，具有更广阔的应用前景。
文档编号C01G19/02GKCN101381098SQ200810231644
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月9日
发明者翀 付, 杨敏鸽, 王俊勃, 巍 畅, 贺辛亥, 陈立成, 齐乐华 申请人:西安工程大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan