觸后自然冷卻至室溫，即可得到具有優(yōu)異界面結(jié)合的長碳纖維/無機化合物鹽協(xié)同增強的高分子基復(fù)合材料。
[0057]在本發(fā)明實施例中，所述步驟四和步驟五的過程也可以采用實施例1的步驟四和步驟五的方式進行處理。
[0058]在本發(fā)明各種實施例中，所述碳片的成片方法，對于不同的碳纖維原料是不同的，具體地，對于碳納米纖維和短切碳纖維等尺寸較小的纖維主要是采用模壓的方法，而對于長纖維主要是采用抽濾的方法，為了能夠獲得厚度可控的碳片，甚至需要采用抽濾和模壓并用的方法。
[0059]在成片過程中，為了改善碳片的結(jié)合強度可以加入一些粘結(jié)劑添加劑，這些添加劑應(yīng)具有不溶于反應(yīng)溶劑的特性，也要具備耐高溫且反應(yīng)后易于用有機溶劑將其除掉的特點。
[0060]所制備的碳片需要經(jīng)過分散處理還原回粉末狀態(tài)，這種分散不能采用球磨，而應(yīng)該采用攪拌的方法，通過調(diào)整攪拌的方式和速度，在不破壞碳纖維表面生長的無機化合物的前提下，將其均勻分散開。
[0061 ]水熱感應(yīng)中的水也可以換成乙醇、丙醇和乙二醇等有機溶劑，使水熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化成溶劑熱反應(yīng)。
[0062]在水熱反應(yīng)體系中加入陰離子或陽離子型表面活性劑以及不同極性的有機溶劑等(油酸鈉、三乙醇胺、十八烯、油酸、油胺等)作為形貌調(diào)控劑，以達到控制碳纖維表面無機化合物結(jié)構(gòu)的目的。
[0063]為了使無機化合物能夠更好地在碳纖維表面成核生長，可以預(yù)先對碳纖維進行表面處理，如表面羧基化、羥基化等。為了得到只有單面生長有無機化合物的碳布，可以將兩層碳布進行疊加固定，也可以將碳布固定于玻璃板或者陶瓷板上。
[0064]本發(fā)明合成的復(fù)合材料可以應(yīng)用于熱保護系統(tǒng)、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件、超級電容器、離子二次電池以及汽車零部件等領(lǐng)域。其中所涉及的性能包括熱性能、電性能、機械性能以及電化學(xué)性能等。
[0065]由圖1可以看出，由本發(fā)明方法制備的碳纖維表面均勻生長著一層較致密的納米Mn〇2顆粒ο
[0066]本發(fā)明提供了一種采用水熱感應(yīng)技術(shù)制備具有優(yōu)異界面結(jié)合的碳纖維增強高分子基復(fù)合材料。將A溶液和B溶液混合后調(diào)節(jié)其pH值得到C溶液，然后將C溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中并加入碳布或者碳片，密封后在感應(yīng)加熱設(shè)備中反應(yīng)，最后將反應(yīng)后的碳布浸漬樹脂并熱壓固化，即可得到具有優(yōu)異界面結(jié)合的碳纖維增強高分子基復(fù)合材料。通過改變輸出電流和填充比，可以實現(xiàn)反應(yīng)溫度和壓力的控制，再加上對反應(yīng)時間、pH的調(diào)整以及在反應(yīng)體系中引入形貌控制劑，可以實現(xiàn)對產(chǎn)物E結(jié)構(gòu)的控制，進而制備出具有不同性能的復(fù)合材料。與此同時，通過選擇不同的反應(yīng)物，可以獲得不同納米顆粒/碳纖維協(xié)同增強的復(fù)合材料。
[0067]本發(fā)明將水熱感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用于碳纖維的表面接枝，可以明顯克服碳纖維的表面惰性帶來的不易與其他組分相結(jié)合的缺點。此外，在交變磁場的作用下，碳纖維的高溫可以促使多種納米材料(在其表面的生長，為碳纖維和樹脂結(jié)合提供了更多的齒合位點，進而改善它們之間的界面結(jié)合和復(fù)合材料的機械性能。該發(fā)明工藝簡單易控，為納米材料改性復(fù)合材料提供了一種全新的制備方法。
[0068]其具體的有益效果如下:
[0069](I)碳纖維在交變磁場的作用下迅速被加熱到較高的溫度，為反應(yīng)物成核提供了位點并加速了晶體的生長，因而制得的復(fù)合材料化學(xué)組成均一，純度較高，晶體形貌規(guī)則，粒徑較小且分布均勻，界面結(jié)合優(yōu)異；
[0070](2)納米顆粒在碳纖維上的牢固生長，為碳纖維和樹脂的結(jié)合提供了更多的齒合點，也提高了材料的斷裂界面能和儲能模量，因而該復(fù)合材料具有優(yōu)異的機械性能；
[0071 ] (3)該方法對碳纖維幾乎沒有損害，因為碳纖維的強度不會被減弱；
[0072] (4)碳纖維表面較高的溫度使合成的納米材料具有較高的結(jié)晶度，因而無需進行后處理，這簡化了整個制備過程且對環(huán)境友好。
【主權(quán)項】
1.一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)配制無機化合物所需要的鹽溶液C; (2)將步驟(I)的溶液C置于反應(yīng)釜內(nèi)，并在反應(yīng)釜內(nèi)放置碳布D，將反應(yīng)釜密封后置于水熱感應(yīng)加熱設(shè)備中，在感應(yīng)交變磁場的作用下，鹽溶液C變?yōu)闊o機化合物，并負(fù)載在碳布D表面，然后將反應(yīng)釜冷卻至室溫，將負(fù)載有無機化合物的碳布取出，清洗、干燥； (3)將步驟(2)得到的碳布置于粘結(jié)劑添加劑中浸漬10?60min后取出烘干； (4)將步驟(3)得到的碳布在硫化機上進行熱壓成型，控制硫化機的熱壓溫度為150?180°C，熱壓時間為10?20min，熱壓壓力為3?8MPa，即得到具有優(yōu)異界面結(jié)合的碳纖維增強尚分子基復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述碳布的編織密度為IK、3K、6K或12K，編織結(jié)構(gòu)為平紋、斜紋、緞紋或單向布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)的粘結(jié)劑添加劑為具有熱固性或熱塑性且耐熱耐化學(xué)腐蝕的高分子材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述粘結(jié)劑添加劑可以是熱固性樹脂，包括不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚酰亞胺樹脂以及有機硅樹脂等;也可以為熱塑性樹脂，包括聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮。5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的粘結(jié)劑添加劑溶液通過噴涂或者抽濾的方式實現(xiàn)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述碳布在放入到反應(yīng)釜之前，首先對其進行預(yù)處理，以除去其表面的有機物，預(yù)處理的方法為:將碳布置于丙酮溶液中超聲清洗2?1h后取出，用去離子水清洗后烘干，然后將烘干后的碳布置于高錳酸鉀溶液或者硝酸溶液中浸泡12?36h或者將碳布在氣氛條件下進行煅燒處理，最后，將碳布用去離子水進行清洗，干燥。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述水熱感應(yīng)加熱的感應(yīng)頻率為10?500KHz，感應(yīng)電流為O?1200A的范圍內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述無機化合物包括氧化物、硫化物或其他，所述氧化物包括金屬氧化物和非金屬氧化物，所述金屬氧化物包括氧化銅、氧化鋅、氧化猛、氧化鈦、氧化鋁、氧化鉬、氧化媽或其他金屬氧化物，所述非金屬氧化物包括氧化硅、氧化鈣或其他無機非金屬氧化物;所述硫化物包括硫化鉬、硫化鎢、硫化釩、硫化銅、硫化鐵或其他硫化物，所述其他包括羥基磷灰石、磷酸鎬、硅酸鈣或硅酸釔。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述反應(yīng)釜的填充比為40?80%。10.—種根據(jù)權(quán)利要求1至9中所述的方法制備的一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料，其應(yīng)用于汽車自動離合器上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維增強高分子基復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，將無機化合物所需要的鹽溶液置于反應(yīng)釜內(nèi)，并在反應(yīng)釜內(nèi)放置用于感應(yīng)交變磁場的基體材料，將反應(yīng)釜密封后置于水熱感應(yīng)加熱設(shè)備中，然后將反應(yīng)釜冷卻至室溫，將負(fù)載有無機化合物的基體材料取出，清洗、干燥；最后對其進行熱壓成型，即可。本發(fā)明將水熱感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用于碳纖維的表面接枝，克服碳纖維的表面惰性帶來的不易與其他組分相結(jié)合的缺點。此外，在交變磁場的作用下，碳纖維的高溫促使多種納米材料在其表面的生長，為碳纖維和樹脂結(jié)合提供了更多的齒合位點，改善了它們之間的界面結(jié)合和復(fù)合材料的機械性能。
【IPC分類】B29C70/40, B29B15/10, B29C70/54
【公開號】CN105690802
【申請?zhí)枴緾N201610084022
【發(fā)明人】黃劍鋒, 李文斌
【申請人】陜西科技大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年2月6日