[發明專利]一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 200710144583.5
• 申請日: 2007-11-12
• 公開（公告）號: CN101182152A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 賈德昌;林鐵松
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B14/38
• 分類號: C04B14/38
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 吳國清

1.一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下：

步驟一、配置無機聚合物配合料：按照氫氧化鉀與去離子水的摩爾比為1∶4～1∶8配置成溶液，按照二氧化硅與氫氧化鉀摩爾比為0∶1～6∶1將非晶二氧化硅粉體添加到上述溶液中，磁力攪拌72～120小時得到混合溶液，將盛有混合溶液的容器置于溫度為0～5℃的冰水浴中，按照偏高嶺土與氫氧化鉀的摩爾比1∶2～1∶1將偏高嶺土粉體添加到混合溶液中，機械攪拌20～40min，得到硅/鋁為1∶1～4∶1的無機聚合物配合料，用去離子水調節配合料粘度使其在剪切速率為60～80S^-1時位于150mPa·s～500mPa·s之間；

步驟二、將長度為2～12mm短切碳纖維置入無水乙醇溶液中，短切碳纖維與乙醇溶液的質量比為1∶20000，經超聲分散2～6min后將短切碳纖維用濾網濾出，平放在玻璃板上干燥后得到厚度為0.1～0.3mm的短切碳纖維預制片；

步驟三、在每片碳纖維預制片表面澆注2～5ml步驟一得到的無機聚合物配合料，然后用塑料刮漿器將配合料在每片碳纖維預制片表面涂覆均勻，將預制片依次疊層為多層碳纖維預制材料坯體；

步驟四、將步驟三制得的多層碳纖維預制材料坯體置于真空袋內，抽至真空壓力為-0.1MPa，與此同時在垂直于材料坯體表面施加0～1MPa的壓力，并置于60～80℃的干燥箱中養護24～48小時，然后將復合材料從真空袋中取出再在100～120℃的干燥箱中養護24～48小時，即制得碳纖維增強無機聚合物基復合材料。

2.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于復合材料中短切碳纖維的體積含量為3％～15％。

3.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中的氫氧化鉀、非晶二氧化硅與偏高嶺土的質量分別為24.98g、24g與44.4g，得到的無機聚合物配合料硅/鋁比為2∶1，用去離子水調節配合料粘度使其在剪切速率為70S^-1時為200mPa·s之間。

4.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的冰水浴的溫度為0～5℃。

5.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于步驟二中的短切碳纖維長度為7mm。

6.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于步驟四中坯體表面施加0.5MPa的壓力，置于80℃干燥箱中養護48小時。

7.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于步驟四中復合材料從真空袋中取出再在120℃的干燥箱中養護24小時。

8.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中將24.98g氫氧化鉀溶解于36ml水中得到氫氧化鉀溶液，將24g平均粒徑為2.3μm的非晶二氧化硅粉體添加到氫氧化鉀溶液中，磁力攪拌72小時得到混合溶液，將盛有混合溶液的容器置于溫度為0℃的冰水浴中，將44.4g平均粒徑為4.08μm的偏高嶺土采用機械攪拌的方式緩慢添入到混合溶液中，高速攪拌30min后得到硅/鋁比為2∶1無機聚合物材料配合料；通過添加去離子水調節配合料粘度在剪切速率為70S^-1時為200mPa·s；步驟二中將7mm短切碳纖維按照纖維與無水乙醇質量比為1∶20000在無水乙醇溶液中超聲分散2min，將纖維用濾網濾出，平放到玻璃板上干燥后得到直徑為60mm，平均厚度為0.2mm的短切纖維預制片；步驟三中將每片纖維預制片表面注入2～3ml步驟一制得的無機聚合物配合料，采用塑料刮漿器將配合料在碳纖維預制體表面涂勻，疊成30層碳纖維預制材料坯體；步驟四中將材料坯體置于真空袋中，抽至壓力為-0.1MPa，然后80℃干燥箱中養護48小時，去除真空袋120℃干燥箱中養護24小時。