本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板及其熔融浸漬熱壓制備方法。

背景技術(shù)：

碳纖維是用分解溫度低于熔融溫度的纖維聚合物，通過1000⁰C以上熱解而制成的，具有比強(qiáng)度好、比傳熱、導(dǎo)電、抗蠕變、耐疲勞、耐腐蝕、模量高、強(qiáng)度好等特性，被廣泛用于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料質(zhì)輕、比強(qiáng)度、比剛度和比模量大、耐高溫、熱穩(wěn)定劑好，具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲，抗疲勞性能好，損傷后易修理等優(yōu)異性能，在航空航天、軍事領(lǐng)域具有更加現(xiàn)實的應(yīng)用價值，可用于制造飛機(jī)機(jī)翼和前機(jī)身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、大型運(yùn)載火箭的殼體、發(fā)動機(jī)殼體、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、受力構(gòu)件、傳動軸、發(fā)動機(jī)架及其內(nèi)部構(gòu)件等。近年來，纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料已經(jīng)在防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)、裝甲等方面得到廣泛的應(yīng)用。

然而，石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維決定了其表面呈化學(xué)惰性，不利于被基體樹脂所浸潤以及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。碳纖維與基體樹脂的粘結(jié)性能差，表現(xiàn)為制備的高分子復(fù)合材料力學(xué)性能較差，這種現(xiàn)象在碳纖維布增強(qiáng)高分子復(fù)合材料中表現(xiàn)尤為突出，制備出的碳纖維布復(fù)合材料分層現(xiàn)象明顯。近年來的研究主要集中在通過各種方法對碳纖維的表面進(jìn)行處理，提高基體樹脂與碳纖維之間的粘結(jié)強(qiáng)度，有利于充分發(fā)揮碳纖維的力學(xué)特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題本發(fā)明提供了一種聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板及其熔融浸漬熱壓制備法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板，由經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布疊放于模具中，經(jīng)過熱壓成型得到。

聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板的熔融浸漬熱壓制備法，包括以下步驟

步驟一碳纖維布的預(yù)處理：將碳纖維布裁剪成所需要的尺寸，在無水乙醇中用超聲波容器浸洗3-5分鐘，烘干后放入馬弗爐中于450⁰C條件下煅燒1小時；

步驟二浸漬液的制備：將聚硼硅氧烷預(yù)聚體于260-300⁰C條件下熔融60-90min；

步驟三合成板的制備：將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入熔融態(tài)的聚硼硅氧烷預(yù)聚體中3-5min，取出自然晾干；待開模劑涂于模具后，將碳纖維布根據(jù)所需厚度疊放于模具中，利用精密壓片機(jī)熱壓成型得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板中，纖維的含量在35%-45%。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：碳纖維布包括二維碳纖維布和三維碳纖維布。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：聚硼硅氧烷預(yù)聚體為聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體，其分子量為500-1000，硅硼的摩爾比3：1-1：1。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：碳纖維布可為平紋、斜紋或緞紋編織，碳纖維布的型號為1K、3K、6K或12K，密度為200、240或300g/m³。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：利用精密壓片機(jī)熱壓成型時溫度為260-300⁰C，壓力為6-9MPa，時間為7-15分鐘。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：碳纖維布與聚硼硅氧烷預(yù)聚體相間的層狀結(jié)構(gòu)厚度至少大于1mm。

本發(fā)明的有益效果是：利用聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板的熔融浸漬熱壓制備法制得的復(fù)合板不易分層，具有較好的力學(xué)性能及耐腐蝕耐高溫性能；本發(fā)明具有制備方法簡單，易于操作的特點。

附圖說明

圖1所示為聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板的普通光學(xué)照片；

圖2所示為聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板的掃描電鏡圖；

圖3所示為聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸斷裂后的掃描電鏡圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述作簡單地介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例。

實施例1：

將3K平紋編織，密度為240g/m³的碳纖維布裁剪成60mm×43mm尺寸，用無水乙醇在超聲波容器中浸洗3分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比3：2，分子量為800，將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體在270⁰C下熔融60分鐘。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入熔融態(tài)的聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中3分鐘，取出自然晾干；待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到2mm厚后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為260⁰C，壓力為7MPa，時間為10分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為34.8%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為248MPa，彈性模量為987MPa。

圖1為實施例1聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板的普通光學(xué)照片，圖2為圖1的掃描電鏡圖片。從圖1可以清楚地看到聚硼硅氧烷完全浸漬到碳纖維布的經(jīng)緯線中，并與碳纖維布緊密粘結(jié)在一起，形成了遍布不同層碳纖維布全體的復(fù)合板。圖3為圖1拉伸斷裂后的掃描電鏡圖片，從圖3可以看出，聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板纖維間相互交叉和牽制，斷裂時只是和拉伸方向平行的纖維斷裂，起到粘結(jié)作用的聚硼硅氧烷完全斷裂成粉狀，從而可以提高材料的強(qiáng)度和抗疲勞能力。

實施例2：

將6K平紋編織，密度為240g/m³的碳纖維布裁剪成60mm×40mm尺寸，用無水乙醇在超聲波容器中浸洗5分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比3：1，分子量為800，將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體在260⁰C下熔融80分鐘。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入熔融態(tài)的聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中4分鐘，取出自然晾干。待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到2.2mm厚后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為270⁰C，壓力為8MPa，時間為11分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為37%。制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為279MPa，彈性模量為1073MPa。

實施例3：

將12K平紋編織，密度為300g/m³的碳纖維布裁剪成60mm×45mm尺寸，用無水乙醇在超聲波容器中浸洗4分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比2：1，分子量為1000，將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體在280⁰C下熔融85分鐘。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入熔融態(tài)的聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中5分鐘，取出自然晾干。待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到2.8mm厚后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為275⁰C，壓力為9MPa，時間為12分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為44.5%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為187MPa，彈性模量為735MPa。

實施例4：

將1K平紋編織，密度為200g/m³的碳纖維布裁剪成60mm×40mm尺寸，用無水乙醇在超聲波容器中浸洗3分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比1：1，分子量為900，將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體在260⁰C下熔融90分鐘。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入熔融態(tài)的聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中3分鐘，取出自然晾干。待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到2.0mm厚后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為265⁰C，壓力為7MPa，時間為13分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為39%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為289MPa，彈性模量為1204MPa。

實施例5：

將6K平紋編織，密度為240g/m³的碳纖維布裁剪成60mm×41mm尺寸，用無水乙醇在超聲波容器中浸洗4分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比3：1，分子量為1000，將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體在270⁰C下熔融90分鐘。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入熔融態(tài)的聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中3分鐘，取出自然晾干。待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到2.3mm厚后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為280⁰C，壓力為7MPa，時間為10分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為40.2%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為286MPa，彈性模量為1156MPa。

實施例6

將3K平紋編織，密度為240g/m³的碳纖維布裁剪成59mm×43mm尺寸，用無水乙醇在超聲波容器中浸洗3分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比3：1，分子量為500，將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體在300⁰C下熔融60分鐘。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入熔融態(tài)的聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中4分鐘，取出自然晾干。待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到3.4mm厚后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為300⁰C，壓力為8MPa，時間為7分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為35%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為237MPa，彈性模量為956MPa。

實施例7

將6K平紋編織，密度為240g/m³的碳纖維布裁剪成60mm×41mm尺寸，用無水乙醇在超聲波容器中浸洗4分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比3：2，分子量為1000，將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體在270⁰C下熔融75分鐘。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入熔融態(tài)的聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中3分鐘，取出自然晾干。待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到4.9mm厚后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為285⁰C，壓力為6MPa，時間為15分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為45%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為265MPa，彈性模量為876MPa。

最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以補(bǔ)充闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的廣大技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者同等替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。