[發明專利]一種納米二氧化鈦/硫摻雜改性纖維體復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010926331.3
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112092412B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;鐘辛子;曹麗云;歐陽海波;張文淵;李哲源;李曉藝;馬洪敏
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29B15/08;C08L77/00;C08L29/04;C08K13/06;C08K7/10;C08K9/02;C08K9/04;C08K9/08;D06M11/79;D06M11/46;D06M11/44;D06M13/402;D06M15/256
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種納米二氧化鈦/硫摻雜改性纖維體復合材料的制備方法，采用低成本的陶瓷粉體廢料作為基體原料并輔以雙相纖維體作為增強體，原料的來源更加廉價，環境友好且符合綠色產業化的要求，間接也緩解了環境治理的壓力。依據三維纖維體的結構特點，本發明開創“雙相互補”的復合方式，通過引入肉桂酰胺、乙二醇單甲醚等低成本試劑對纖維和前驅體溶液進行表面改性和填充處理，改善了不同纖維之間的界面結合力和分散性能，實現了熔點高、耐高溫性能好的硅酸鋁纖維布的疊層復合，有效地規避了二維纖維布的單一性力學缺陷，構建了具有優異力學性能的“雙相纖維——樹脂——廉價基體”的三維纖維復合體系。

技術領域

本發明屬于材料領域，具體涉及一種納米二氧化鈦/硫摻雜改性纖維體復合材料的制備方法。

背景技術

自20世紀80年代起，歐美、日等國家就投入大量的人力、物力，開展了對高溫氧化物/氧化物陶瓷基復合材料應用的研究。高溫氧化物/氧化物陶瓷基復合材料大多選用多晶氧化物纖維作為增強體，大致分類為硅酸鋁、莫來石類纖維，具有較好的彈性模量和力學強度，但和基體材料易發生多相界面之間的強結合反應而降低材料的力學性能，由于氧化物纖維表面有穩定的氧化層作為包裹和保護，其在高溫下的耐熱性和抗氧化性能更為優異[Wu Qing.Imaging the interphase of carbon fiber composites using transmissionby focused ion beam and etching[J].Chinese Journal of Aeronautics,2015,28(05):1529-1538.]。

目前高溫氧化物/氧化物陶瓷基復合材料多采用Sol—Gel法進行生產，生產技術上已經具備成型一維紡織線、二維纖維布和三維復雜形狀纖維體的能力，但Sol—Gel法的生產成本高而制備周期長，因此市場中的商用高性能纖維的價格也高居不下。目前的陶瓷基復合材料仍未實現對材料結構的低成本把控，生產的模式主要以傳統陶瓷生產模式為主，目前研究重點主要集中在對升溫制度、陶瓷粉體的類型、纖維的長短、纖維的類別等因素上，短時間內難以取得較大的技術突破[Chen wen.Dynamic Mechanical and ThermalProperties of Cross-linked Fiber Composites[J].Journal of Wuhan University ofTechnology,2010,25(05):780-784.]。

近十年來，科學研究者嘗試通過水溶劑熱法、噴霧熱解法及靜電紡絲法等多種方法實現O/OCMC纖維的制備，并取得了一定的工藝上的進展，但離產量化的低成本生產仍然存在較大的技術鴻溝，如何改進晶粒的細化工藝、設計穩定的多組分相結構和實現纖維中多晶組分的均勻分布是當前亟待攻克的技術難關。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米二氧化鈦/硫摻雜改性纖維體復合材料的制備方法，該方法通過在纖維層的界面引入改性基團，有效地改善了纖維界面的微觀結構和不同組向纖維之間的力學結合作用，在宏觀上展現出了優異的力學性能。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

步驟一：將硅酸鋁纖維布浸泡在溫度為60～80℃的聚偏氟乙烯混合溶液中熱填充1～2h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液調節其pH值至8～9，得到液固質量比為2～7：1的混合前驅液A；

步驟二：取80～120g混合前驅液A移至磁感應反應釜中并加入5～15g二氧化鈦粉體，然后向磁感應反應釜中加入長、寬和高分別為3cm、2cm和2cm的鋁片作為磁感應體，在600～1220KHz的磁感應頻率和200～400℃的磁化溫度下處理8～10h，將改性后的纖維體取出并于80～100℃的紫外烘箱中烘干，得到經二氧化鈦粉體表面改性的纖維體B；

步驟三：在瓷舟的底面均勻平鋪一層10～20g的焦亞硫酸鈉粉體后將40～80g纖維體B移至瓷舟中，將閉口的瓷舟移至真空管式爐中進行熱處理后將纖維體取出，用稀硫酸混合溶液洗滌后烘干，得到經表面硫摻雜改性的纖維體C；