[發明專利]一種碳纖維預制體及其制備方法

在審

• 申請號: 202110395425.7
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113320234A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 李愛軍;茅思佳;賈林濤;王夢千;郭小鳳;張丹
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海大學紹興研究院
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B5/06;B32B37/02;D04H1/4242;D06M11/55;D06M11/64;D06M13/432;D06M13/355;D06M13/332;D06M11/74;D06M101/40
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明屬于預制體制備技術領域，尤其涉及了一種碳纖維預制體及其制備方法。本發明采用無機酸對預處理碳纖維進行氧化處理，能夠賦予碳纖維大量的羧基官能團；酸化碳纖維在第一縮合劑的作用下，與橋聯劑分子中的一個氨基發生縮合反應，橋聯劑分子中其他的氨基在化學接枝反應中與羧基碳納米管中的羧基發生縮合反應，將羧基碳纖維接枝到碳纖維上，提高了碳纖維的比表面積。本發明所得碳纖維預制體含有大量的活性基團，在采用CVI對進行致密化時，具有更多的沉積表面積和表面活性位點，提高了碳纖維預制體的致密化速度。

技術領域

本發明涉及預制體制備技術領域，尤其涉及一種碳纖維預制體及其制備方法。

背景技術

C/C復合材料因優異的性能在航空航天領域被越來越廣泛的使用。C/C復合材料主要通過化學氣相滲透(CVI)工藝將碳纖維預制體置入等溫化學氣相沉積爐內的恒溫區域，接著利用載氣帶入氣態前驅體；這些氣體通過擴散作用進入C纖維預制體內部，并在高溫下進行熱解、聚合生成不同碳氫比烴類產物；同時這些氣相反應產物會通過物理吸附或化學吸附沉積于纖維表面并發生脫氫反應，生成熱解C包裹于纖維周圍；隨著沉積時間的增加，熱解碳厚度逐漸增加，最終填滿孔隙相互連結形成連續的碳基體，完成致密化過程。

目前的CVI工藝致密化碳纖維預制體普遍需要120h以上的沉積時間，致密速率較低，且致密性差，對工業生產極為不利。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種碳纖維預制體及其制備方法。本發明提供的制備方法得到的碳纖維預制體采用CVI進行致密化時，速率快；且致密效果好。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種碳纖維預制體的制備方法，包括以下步驟：

對碳纖維進行預處理，得到預處理碳纖維；

將所述預處理碳纖維和無機酸混合，進行酸化反應，得到酸化碳纖維；

將所述酸化碳纖維、第一縮合劑、橋聯劑、第一催化劑和第一有機溶劑混合，進行改性反應，得到改性碳纖維；

將所述改性碳纖維、羧基碳納米管、第二縮合劑、第二催化劑和第二有機溶劑混合，進行化學接枝反應，得到碳納米管接枝碳纖維；

將所述碳納米管接枝碳纖維進行織造，得到單向碳纖維布；

將所述碳納米管接枝碳纖維進行編織，得到網胎；

將所述單向碳纖維布和網胎進行針刺成型，得到所述碳纖維預制體；

單個橋聯劑分子中氨基的個數≥2。

優選地，所述無機酸為硝酸和硫酸的混合酸；所述混合酸中硝酸和硫酸的體積比為4：1；所述硝酸的質量濃度為2～3mol/L；所述硫酸的濃度為15～20mol/L。

優選地，所述酸化反應的溫度為80～100℃，時間為2～3h。

優選地，所述第一縮合劑和第二縮合劑獨立地為有機胺縮合劑，所述有機胺縮合劑包括二環己基碳二亞胺、二異丙基碳二亞胺和1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亞胺中的一種或幾種；所述第一催化劑和第二催化劑為4-二甲氨基吡啶；所述第一有機溶劑和第二有機溶劑為二甲基甲酰胺；所述橋聯劑包括六亞甲基二胺和/或1,3-丙二胺。

優選地，所述酸化碳纖維、第一縮合劑、橋聯劑和第一催化劑的質量比為20：(1～1.5)：(1～1.5)：(1～1.5)。

優選地，所述改性反應的溫度為室溫，時間為12～24h。

優選地，所述改性碳纖維、羧基碳納米管、第二縮合劑和第二催化劑的質量比為20：(3～6)：(0.5～1)：(0.5～1)。

優選地，所述化學接枝反應的溫度為室溫，時間為12～24h。