CN101250811A - 碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法 - Google Patents
碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101250811A CN101250811A CNA2008100358228A CN200810035822A CN101250811A CN 101250811 A CN101250811 A CN 101250811A CN A2008100358228 A CNA2008100358228 A CN A2008100358228A CN 200810035822 A CN200810035822 A CN 200810035822A CN 101250811 A CN101250811 A CN 101250811A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fiber
- titanium dioxide
- fiber surface
- preparation
- coating according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
一种制备碳纤维表面二氧化钛涂层的方法,属于材料技术领域。本发明采用醇类作溶剂,钛酸丁酯在酸性条件下发生水解反应,形成二氧化钛先驱体溶液;使用得到的二氧化钛先驱体溶液浸渗经预处理的碳纤维,然后缓慢升温使溶剂挥发,后经烧结,在碳纤维单丝表面形成二氧化钛涂层,制备获得的涂层厚度小于1μm,涂层平整、不易脱落。本发明碳纤维一方面保持了原碳纤维的柔顺性和可编织性,同时提高了纤维的抗热氧化性,并提高了其在复合材料制备中与基体的浸润性。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料技术领域的的制备方法,具体是一种碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法。
背景技术
碳纤维是一种常用的复合材料增强纤维,它具有低密度、高强度、高模量、低热膨胀、耐辐射、易编制加工以及较好的热、电性能等优良特性,在金属基、聚合物基复合材料中获得广泛的应用。但碳纤维抗氧化性能较差,在400℃以上的空气中即出现明显的失重和强度降低,且碳纤维与某些基体的浸润性不好,难以形成致密、性能优良的复合材料。因此阻碍了碳纤维在航空航天等需要轻质、高强、高模材料领域的应用。在碳纤维表面形成致密的保护性涂层可有效地解决上述问题。现有技术中涂层制备有化学气相沉积法、物理气相沉积法、电化学方法和溶胶-凝胶浸渗烧结法。其中溶胶-凝胶浸渗烧结法制备涂层简单易行,所制备涂层化学纯度高,可应用于大规模生产,有着独特的优越性。
经对现有技术的文献检索发现,董兴广等在《纤维复合材料》(2005年03期28-31页)上发表的《射频法涂层碳纤维的高温氧化性》,该文中提出采用射频法制备碳纤维表面抗氧化涂层,具体方法为:在700-800℃下通过射频加热碳纤维进行化学气相沉积,该方法易对碳纤维表面造成损伤,且制备过程的控制工艺要求高,设备复杂,不宜进行大规模生产。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的以上不足,提供了一种碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法。本发明采用的碳纤维直径为5-10μm,获得的涂层厚度小于1μm,且厚度可控,涂层平整、不易脱落,制备工艺简单。碳纤维表面涂层后,仍具体良好的可编织性,满足制备碳纤维增强复合材料的应用要求。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括以下步骤:
第一步,采用醇类作溶剂,钛酸丁酯在酸性条件下发生水解反应,形成二氧化钛先驱体溶液;
第二步,使用得到的二氧化钛先驱体溶液浸渗经预处理的碳纤维,分离碳纤维和二氧化钛先驱体,并去除碳纤维表面过量的二氧化钛先驱体;
第三步,然后升温使溶剂挥发,后经烧结,发生缩聚反应,使碳纤维单丝表面形成二氧化钛涂层。
所述的醇类,是指甲醇、乙醇、正丁醇中的一种。
所述的钛酸丁酯,其用量小于二氧化钛先驱体溶液总质量的20%。
所述的酸性条件是通过添加醋酸使二氧化钛先驱体溶液pH值为1-3。
所述的浸渗,其时间为5-30分钟,浸渗过程中可采用超声震荡方法促进浸渗,减少碳纤维间的涂层短接现象。
所述的预处理的碳纤维,其预处理包括有机溶剂除胶和表面氧化刻蚀。通过预处理,改变碳纤维表面的官能团,提高碳纤维的表面活性,使涂层与碳纤维结合紧密。
所述的分离碳纤维和二氧化钛先驱体,分离速度为0.5-20mm/s。通过改变分离速度,可以一定程度控制膜层厚度。
所述的去除碳纤维表面过量的二氧化钛先驱体,其方法为滤纸吸干、甩干、机械挤压中的一种。通过去除过量纤维表面过量二氧化钛先驱体,使所制得的纤维表面膜层完整、不易开裂。
所述的升温,是指升温至100℃-150℃,升温过程在氩气保护下进行。
所述的烧结,其温度为450℃-500℃。
本发明中,经过二氧化钛先驱体溶液浸渗的碳纤维在溶剂挥发后,可在碳纤维冷却至室温后再次使用二氧化钛先驱体溶液浸渗,然后再缓慢升温使溶剂挥发,该过程可最多重复3次,一定程度控制膜层厚度。
本发明采用的碳纤维直径为6μm-8μm,制备获得的二氧化钛涂层厚度小于1μm,涂层平整、不易脱落。
本发明获得的具有二氧化钛涂层的碳纤维,其热氧化温度比无涂层的碳纤维提高了100℃以上,保持了无涂层碳纤维所具有的柔顺性和可编织性,同时解决碳纤维与某些复合材料基体间的界面浸润性和相容性问题。本发明的在碳纤维表面涂覆二氧化钛的方法,简便易行,可进行大规模的工业生产。采用该方法生产的具有二氧化钛涂层的碳纤维,其涂层厚度小于1μm,涂层平整光滑。使用该碳纤维或其编织物可与不同基体复合获得复合材料。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实例1:取钛酸四顶酯10g,水2g,甲醇60g,加入醋酸使溶液pH=3,搅拌2小时后,获得二氧化钛先驱体溶液。
碳纤维为吉林碳素厂生产,直径6-8μm,每束碳纤维有1000根单丝。
碳纤维束经丙酮浸泡2分钟、去离子水漂洗并干燥后,经10%(体积浓度)的硝酸浸泡20分钟进行表面氧化刻蚀后,以上述二氧化钛先驱体溶液浸渗5分钟,浸渗过程采用120kHz的超声震荡。纤维素束以0.5mm/s的速度与先驱体分离,并用机械挤压的方式去除表面多余的先驱体,室温干燥10分钟,以每分钟4℃的速度升温至100℃后恒温30分钟,再以每分钟4℃的速度升温至500℃后恒温60分钟,后自然冷却,整个过程在氩气保护下进行。所得到的具有二氧化钛涂层的碳纤维,单丝表面具有平整光滑涂层,膜层不易脱落,其厚度约为0.02μm 。
实例2:碳纤维同实例1。
取钛酸四顶酯10g,水2g,乙醇80g,加入醋酸使溶液pH=3,搅拌4小时后,获得二氧化钛先驱体溶液。
碳纤维束经丙酮浸泡2分钟、去离子水漂洗并干燥后,经10%(体积浓度)的硝酸浸泡20分钟进行表面氧化刻蚀后,以上述二氧化钛先驱体溶液浸渗15分钟,纤维素束以10mm/s的速度与先驱体分离,并用甩干的方式去除表面多余的先驱体,室温干燥20分钟,以每分钟4℃的速度升温至120℃后恒温30分钟,待纤维束冷却至室温后,重复以上先驱体浸渗、干燥、升温过程1次后,再以每分钟4℃的速度升温至475℃后恒温60分钟,后自然冷却,整个加热过程在氩气保护下进行。所得到的具有二氧化钛涂层的碳纤维,单丝表面具有平整光滑涂层,膜层不易脱落,其厚度约为0.5μm。
实例3:碳纤维同实例1。
取钛酸四顶酯10g,水2g,正丁醇80g,加入醋酸使溶液pH=3,搅拌4小时后,获得二氧化钛先驱体溶液。
碳纤维束经丙酮浸泡2分钟,去离子水漂洗并干燥,经10%(体积浓度)的硝酸浸泡20分钟进行表面氧化刻蚀后,纤维素束以20mm/s的速度与先驱体分离,并用滤纸吸干的方式去除表面多余的先驱体,以上述二氧化钛先驱体溶液浸渗30分钟,浸渗过程采用120kHz的超声震荡。纤维素束取出后室温干燥10分钟,以每分钟4℃的速度升温至150℃后恒温60分钟,待纤维束冷却至室温后,重复以上先驱体浸渗、干燥、升温过程2次后,再以每分钟4℃的速度升温至450℃后恒温60分钟,后自然冷却,整个加热过程在氩气保护下进行。所得到的具有二氧化钛涂层的碳纤维,单丝表面具有平整光滑涂层,膜层不易脱落,其厚度约为1μm。
Claims (10)
1、一种碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
第一步,采用醇类作溶剂,钛酸丁酯在酸性条件下发生水解反应,形成二氧化钛先驱体溶液;
第二步,使用得到的二氧化钛先驱体溶液浸渗经预处理的碳纤维,分离碳纤维和二氧化钛先驱体,并去除碳纤维表面过量的二氧化钛先驱体;
第三步,然后升温使溶剂挥发,后经烧结,发生缩聚反应,使碳纤维单丝表面形成二氧化钛涂层。
2、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述的醇类,为甲醇、乙醇、正丁醇中的一种。
3、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述的钛酸丁酯,其用量小于二氧化钛先驱体溶液总质量的20%;所述的酸性条件是通过添加醋酸使二氧化钛先驱体溶液pH值为1-3。
4、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述的浸渗,其时间为5分钟-60分钟,浸渗过程中采用超声震荡方法促进浸渗。
5、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述的分离碳纤维和二氧化钛先驱体,其分离速度在0.5mm/s-20mm/s。
6、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述的去除碳纤维表面过量的二氧化钛先驱体,其方法包括滤纸吸干、甩干、机械挤压中的一种。
7、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述的碳纤维预处理,包括有机溶剂除胶和表面氧化刻蚀。
8、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述的升温,是指升温至100℃-150℃,升温过程在氩气保护下进行;所述的烧结,其温度为450℃-500℃。
9、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述二氧化钛先驱体溶液浸渗的碳纤维在溶剂挥发后,在碳纤维冷却至室温后再次使用二氧化钛先驱体溶液浸渗,然后再缓慢升温使溶剂挥发,该过程最多重复3次。
10、根据权利要求1所述的碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法,其特征是,所述的碳纤维,其直径为6μm-8μm,制备获得的二氧化钛涂层厚度小于1μm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNA2008100358228A CN101250811A (zh) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | 碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNA2008100358228A CN101250811A (zh) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | 碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101250811A true CN101250811A (zh) | 2008-08-27 |
Family
ID=39954394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNA2008100358228A Pending CN101250811A (zh) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | 碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101250811A (zh) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102125826A (zh) * | 2010-12-08 | 2011-07-20 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 | 一种光触媒材料膜片及其制备方法 |
CN102220689A (zh) * | 2011-04-13 | 2011-10-19 | 天津大学 | 48k及以上大丝束碳纤维表面连续电沉积过渡金属的装置与方法 |
CN102560291A (zh) * | 2010-12-17 | 2012-07-11 | 中国科学院金属研究所 | 一种金属基复合材料增强体表面纳米涂层的制备方法 |
CN103184687A (zh) * | 2013-03-25 | 2013-07-03 | 河北科技大学 | 碳纤维表面致密化烧结TiO2涂层的方法 |
CN103334293A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-10-02 | 河北科技大学 | 碳纤维表面致密化烧结TiO2涂层的方法 |
CN103572585A (zh) * | 2013-10-12 | 2014-02-12 | 东华大学 | 一种二氧化钛改性的蚕丝及其制备方法 |
CN103696235A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-02 | 江苏大学 | 一种碳纤维负载介孔二氧化钛的制备方法 |
CN105113213A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-12-02 | 上海工程技术大学 | 一种在碳纤维表面制备抗氧化复合涂层的方法 |
CN105602000A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-05-25 | 陕西科技大学 | 一种二氧化钛改性碳纤维增强树脂基复合材料的制备方法 |
CN106012219A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-12 | 广德毅维纺织有限公司 | 一种自发热抗静电服装面料 |
CN106245318A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-12-21 | 郑州峰泰纳米材料有限公司 | 碳纤维涂层改性处理方法 |
CN109112728A (zh) * | 2018-08-03 | 2019-01-01 | 东华大学 | 柔性二氧化钛/碳复合多孔纳米纤维膜材料的制备方法 |
-
2008
- 2008-04-10 CN CNA2008100358228A patent/CN101250811A/zh active Pending
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102125826B (zh) * | 2010-12-08 | 2012-10-10 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 | 一种光触媒材料膜片及其制备方法 |
CN102125826A (zh) * | 2010-12-08 | 2011-07-20 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 | 一种光触媒材料膜片及其制备方法 |
CN102560291B (zh) * | 2010-12-17 | 2014-03-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种金属基复合材料增强体表面纳米涂层的制备方法 |
CN102560291A (zh) * | 2010-12-17 | 2012-07-11 | 中国科学院金属研究所 | 一种金属基复合材料增强体表面纳米涂层的制备方法 |
CN102220689A (zh) * | 2011-04-13 | 2011-10-19 | 天津大学 | 48k及以上大丝束碳纤维表面连续电沉积过渡金属的装置与方法 |
CN103184687A (zh) * | 2013-03-25 | 2013-07-03 | 河北科技大学 | 碳纤维表面致密化烧结TiO2涂层的方法 |
CN103184687B (zh) * | 2013-03-25 | 2015-05-27 | 河北科技大学 | 碳纤维表面致密化烧结TiO2涂层的方法 |
CN103334293B (zh) * | 2013-06-21 | 2015-05-27 | 河北科技大学 | 碳纤维表面致密化烧结TiO2涂层的方法 |
CN103334293A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-10-02 | 河北科技大学 | 碳纤维表面致密化烧结TiO2涂层的方法 |
CN103572585A (zh) * | 2013-10-12 | 2014-02-12 | 东华大学 | 一种二氧化钛改性的蚕丝及其制备方法 |
CN103696235A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-02 | 江苏大学 | 一种碳纤维负载介孔二氧化钛的制备方法 |
CN103696235B (zh) * | 2013-12-17 | 2016-01-27 | 江苏大学 | 一种碳纤维负载介孔二氧化钛的制备方法 |
CN105113213A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-12-02 | 上海工程技术大学 | 一种在碳纤维表面制备抗氧化复合涂层的方法 |
CN105113213B (zh) * | 2015-07-21 | 2017-04-05 | 上海工程技术大学 | 一种在碳纤维表面制备抗氧化复合涂层的方法 |
CN105602000A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-05-25 | 陕西科技大学 | 一种二氧化钛改性碳纤维增强树脂基复合材料的制备方法 |
CN105602000B (zh) * | 2016-02-03 | 2018-01-05 | 陕西科技大学 | 一种二氧化钛改性碳纤维增强树脂基复合材料的制备方法 |
CN106012219A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-12 | 广德毅维纺织有限公司 | 一种自发热抗静电服装面料 |
CN106245318A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-12-21 | 郑州峰泰纳米材料有限公司 | 碳纤维涂层改性处理方法 |
CN109112728A (zh) * | 2018-08-03 | 2019-01-01 | 东华大学 | 柔性二氧化钛/碳复合多孔纳米纤维膜材料的制备方法 |
CN109112728B (zh) * | 2018-08-03 | 2023-11-17 | 东华大学 | 柔性二氧化钛/碳复合多孔纳米纤维膜材料的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101250811A (zh) | 碳纤维表面二氧化钛涂层的制备方法 | |
CN100516348C (zh) | 碳纤维表面二氧化硅涂层的制备方法 | |
CN103643481B (zh) | 一种碳纤维表面氧化铝涂层的制备方法 | |
Ganesh et al. | Electrospun SiO 2 nanofibers as a template to fabricate a robust and transparent superamphiphobic coating | |
CN104085143B (zh) | 石墨烯复合导热膜的制备方法和产品 | |
CN101474899A (zh) | 石墨烯-无机材料复合多层薄膜及其制备方法 | |
JPH07123151B2 (ja) | 複合基板を製造する方法 | |
CN102936706A (zh) | 一种碳纤维布-钛合金复合材料及其制备方法 | |
CN103184687B (zh) | 碳纤维表面致密化烧结TiO2涂层的方法 | |
CN103111274A (zh) | 石墨烯/TiO2纤维的制备方法 | |
CN109608235A (zh) | 一种c/c复合材料异形件的凝胶熔渗陶瓷化改性方法 | |
CN113880073A (zh) | 一种木质素基碳纳米管及其制备方法 | |
CN106238077B (zh) | 一种碳纤维@二硫化钼纳米片核壳复合结构及其制备方法 | |
Zhang et al. | Facile fabrication of large scale microtubes with a natural template—Kapok fiber | |
CN108373483B (zh) | 锡基钙钛矿及其制备方法、太阳能电池 | |
CN113600033A (zh) | 一种酚醛基超亲水碳纳米纤维网膜的制备方法 | |
CN102477692A (zh) | 表面为二氧化钛涂层的制备方法 | |
CN110219165A (zh) | 一种复合氧化铝涂层碳纤维的制备方法 | |
CN109161859A (zh) | 一种表面有前驱梯度烧结保护C-Si-Al涂层的碳纤维及其制备方法和用途 | |
CN115924894A (zh) | 基于苯并噁嗪类化合物的石墨烯材料及其制备方法与应用 | |
CN112390658B (zh) | 一种氧化物泡沫陶瓷材料机械加工成型方法 | |
CN102465442A (zh) | 一种在碳纤维表面制备二氧化钛涂层的方法 | |
CN101546791B (zh) | 一种CuInS2超薄膜的制备方法及制备的CuInS2超薄膜 | |
CN110409171A (zh) | 一种在碳纤维表面制备抗氧化涂层的方法 | |
Galembeck et al. | Chemical polymerization of pyrrole on CeO2 films |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080827 |