[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 200710144583.5
• 申請日: 2007-11-12
• 公開（公告）號: CN101182152A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發(fā)明（設計）人: 賈德昌;林鐵松
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)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

技術領域

本發(fā)明涉及無機聚合物基復合材料的制備方法，尤其涉及碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法。

背景技術

無機聚合物材料由于具有低密度、低成本、阻燃以及能在低溫環(huán)境下制備卻可在高溫下使用的特點，已在建筑和耐火材料等領域得到了應用，并被認為是最有希望取代高分子材料而應用于航天器、船舶以及汽車內部艙體的材料之一。然而其固有的脆性、低機械強度與韌性，嚴重限制了其在需要一定承載能力、要求可靠性高的高技術材料領域的廣泛應用。短切碳纖維具有高比強、高比模、長徑比大的特點。采用短切碳纖維增強無機聚合物基復合材料在保持無機聚合物材料熱物理性質的同時克服其固有的脆性問題，使材料承受載荷的能力和可靠性有所提高，是目前人們倍受關注的課題。目前，采用強力攪拌法制備短切碳纖維增強無機聚合物基復合材料時，由于碳纖維的長徑比大，不易分散，因此在強力攪拌過程中碳纖維極易纏繞團聚及被攪斷，短切碳纖維越長、摻量越高，纏繞團聚及被攪斷的現象就越嚴重；因而經常會造成纖維在無機聚合物材料基體內的分布不均勻，造成強化效果低的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明為了解決無機聚合物材料的低機械強度、低韌性、低承載能力以及低應用可靠性；以及解決現有碳纖維長徑比大，不易分散，在與基體攪拌混合過程中極易纏繞團聚及被攪斷，進而造成其在無機聚合物材料基體內的分布不均勻，造成強化效果低的問題。提供了一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，解決上述問題的具體技術方案如下：

本發(fā)明一種碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法，采用下列步驟：

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(jié)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(yǎng)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(yǎng)護24～48小時，即制得碳纖維增強無機聚合物基復合材料。

本發(fā)明采用超聲分散制備短切碳纖維預制片的方式，克服了常規(guī)采用強力攪拌法所造成的碳纖維團聚以及斷裂的問題；在養(yǎng)護過程中采用真空袋并加壓的方式大大提高了短切碳纖維增強無機聚合物基復合材料中的纖維含量；與現有方法制備的短切碳纖維增強無機聚合物基復合材料相比，本發(fā)明制備的復合材料具有碳纖維在基體內的含量高(碳纖維體積含量為3％～15％)、分布均勻、材料強度高和韌性好的優(yōu)點。纖維體積含量為5.1％時，所制得的復合材料的密度為1.52g/cm³，復合材料抗彎強度及斷裂功分別達98.6MPa，6897.7J/m²，相比未增強的基體材料提高了5.87倍及127.3倍。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式碳纖維增強無機聚合物基復合材料的制備方法由采用下列步驟實現：