[發明專利]一種具有超疏水、防覆冰碳纖維板及其制備方法

有效

• 申請號: 201410497769.9
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104290395A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 鄭詠梅;王磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;B32B27/04;B32B5/28
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明屬于界面化學領域，通過在碳纖維板表面制備規則的ZnO納米陣列，使得碳纖維板具有超疏水、防覆冰的效果。

背景技術

碳纖維板(Carbon?Fiber?Board，CFB)材料因為具有輕質高強的特性，被廣泛應用于汽車、大型設備等領域。由于碳纖維板材料是通過將碳纖維浸漬在樹脂材料中提拉而成。所以，在它的表面有一層樹脂材料。碳纖維板如果長時間在高濕度、寒冷環境下服役，很有可能會導致碳纖維板材料的失效，影響碳纖維板的使用壽命。

發明內容

為了提高碳纖維板材料的耐候性，本發明對其表面進行了修飾，使它達到了超疏水、防覆冰的作用。針對當前在碳纖維板上制備規則ZnO陣列方法所存在的問題，本發明涉及一種改進的制備超疏水、防覆冰碳纖維板的方法。目的是通過本發明制備方法去解決在碳纖維板表面制備規則陣列氧化鋅結構，從而為超疏水、防冰領域提供更好的基底材料。在碳纖維板表面制備ZnO納米陣列的方法中，如果要做到規則和高重復性，大都需要高級的儀器(例如，CVD、PVD或磁控濺射)，而且對實驗條件的要求也非常苛刻。本發明制備方法通過簡單的實驗條件，低成本和短周期在碳纖維板表面制備納米ZnO陣列。本方法對實驗條件要求很低，重復性能達到100％。

本發明的一種具有超疏水、防覆冰碳纖維板ZnO-CFB，所述ZnO-CFB的中間是碳纖維板CFB，CFB的上表面有陣列氧化鋅上層，CFB的下表面有陣列氧化鋅下層。水滴在本發明的ZnO-CFB上的接觸角為152°，滾動角為3°。本發明的ZnO-CFB在-15℃條件下依然保持超疏水狀態，能夠提高ZnO-CFB的使用壽命。

制備本發明的一種具有超疏水、防覆冰碳纖維板ZnO-CFB包括有下列步驟：

第一步，晶種溶液的制備；

在磁力攪拌器提供的攪拌轉速200～500轉/分鐘下，取0.1～0.5g的醋酸鋅溶于10～20mL的乙醇胺中，攪拌10～30分鐘后，再加入20～30mL的乙二醇甲醚，繼續攪拌5～15分鐘后得到均勻的晶種溶液；

第二步，生長液的配制；

在磁力攪拌器提供的攪拌轉速200～500轉/分鐘下，取0.3～0.5g的硝酸鋅加入到100mL的去離子水中，攪拌10～30分鐘后，再加入0.6～0.9g的六次甲基四胺，繼續攪拌10～30分鐘后得到均勻的生長液；

第三步，碳纖維板的預處理；

(A)用乙醇對碳纖維板進行洗滌，得到第一預處理碳纖維板；

(B)用去離子水對第一預處理碳纖維板洗滌，得到第二預處理碳纖維板；

(C)將第二預處理碳纖維板置于溫度為50～75℃的烘箱內，烘干處理5～30分鐘，取出，得到干凈碳纖維板。

第四步，碳纖維板的表面修飾；

(A)將干凈碳纖維板浸泡在晶種溶液中，以20～50μm/s的速度提拉，在所述干凈碳纖維板的表面形成晶種涂層，取出，得到第一樣品；

(B)將第一樣品置于溫度為60℃條的烘箱內，烘干處理24～50小時，取出，得到第二樣品；

(C)將第二樣品置于馬弗爐內，在300℃條件下保持2分鐘，取出，得到第三樣品；所述第三樣品上含有晶種；

(D)將第三樣品置于100mL的聚四氟乙烯反應釜內，加入95mL的生長液；然后把裝有第三樣品的反應釜放置在烘箱內，保持85～95℃溫度下10～24小時，取出，得到第四樣品；

(E)將第四樣品放入真空干燥器中，并在第四樣品的四周滴加氟硅烷，抽真空至真空度為0.1Mpa；然后把真空干燥器放置在烘箱內，在70～90℃條件下保持3～10小時，取出，得到具有超疏水和防覆冰的微納米結構的碳纖維板；

制得的具有超疏水和防覆冰的微納米結構的碳纖維板的剖面層結構為：碳纖維板的上表面為陣列氧化鋅上層，碳纖維板的下表面為陣列氧化鋅下層。

利用本發明設計的制備方法，實現了在碳纖維板表面制備具有超疏水和防覆冰結構。

本發明制備具有超疏水、防覆冰碳纖維板方法的優點在于：

①本發明提供了一種簡單、低成本的在碳纖維板表面制備防覆冰結構的方法。例如，實驗可靠的重復性，就足以說明這種方法的可行性。

②本發明降低了碳纖維板表面自由能，可以實現在高濕度和低溫條件下工作。③本發明可以實現大面積制備具有微納米結構的表面，可以實現大規模生產。④本發明對實驗條件要求寬松，自來水可以代替去離子水來完成實驗，為大規模生產提供了條件。制備周期短，可以實現大規模生產。

附圖說明

圖1為碳纖維板的微觀結構圖。