CN105886967A - 一种耐高压型碳化纤维金属复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高压型碳化纤维金属复合材料，由下列重量份的原料制成：镍合金10‑15份、硫化锗2‑3份、硒化铟2‑4份、氯化锡4‑6份、砷化锌3‑5份、氧化钾2‑6份、乙酰丙酮镍5‑7份、二叔戊酰甲烷铈2‑3份、碳化硅4‑8份、氮化硅3‑6份、石墨3‑7份、聚丙烯腈基碳纤维10‑15份、醋酸纤维3‑7份、聚芳砜3‑10份、丙烯酸甲酯3‑6份、对氯苯胺5‑9份、乙酸异丙烯酯3‑7份、呋喃甲醇2‑4份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺3‑5份、变性剂5‑8份、热稳定剂5‑10份。制备而成的耐高压型碳化纤维金属复合材料，其耐压强度高、硬度高。同时，还公开了相应的制备方法。

Description

一种 耐高压型碳化纤维金属复合材料 及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种 耐高压型碳化纤维金属复合材料 及其制备方法。
背景技术
合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。合金的生成常会改善元素单质的性质，例如，钢的强度大于其主要组成元素铁。合金的物理性质，例如密度、反应性、杨氏模量、导电性和导热性可能与合金的组成元素尚有类似之处，但是合金的抗拉强度和抗剪强度却通常与组成元素的性质有很大不同。正因为合金有着比纯金属更多优越的性质，合金的的使用范围也是越来越广泛。
但是一些常见金属的合金材料在大量的使用过程也日益凸显了其不足，在某些特殊行业或是特殊性能要求下，现阶段的合金也是存在着很大的缺陷的。我们在满足了金属和合金材料制品的坚硬性能、强度性能的同时，对于这些材料的耐压性能等现状不能兼容。所以我们在研制合金材料的强度、硬度性能的同时同样需要兼顾其耐高压等性质，这样合金材料才能在更多的行业内使用，并同时推进社会化产业化的发展。所以，研制出一款耐高压型碳化纤维金属复合材料显得尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种 耐高压型碳化纤维金属复合材料 及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到了 耐高压型碳化纤维金属复合材料 ，其 耐压强度高、硬度高 ，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种 耐高压型碳化纤维金属复合材料 ，由下列重量份的原料制成：镍合金10-15份、硫化锗2-3份、硒化铟2-4份、氯化锡4-6份、砷化锌3-5份、氧化钾2-6份、乙酰丙酮镍5-7份、二叔戊酰甲烷铈2-3份、碳化硅4-8份、氮化硅3-6份、石墨3-7份、聚丙烯腈基碳纤维10-15份、醋酸纤维3-7份、聚芳砜3-10份、丙烯酸甲酯3-6份、对氯苯胺5-9份、乙酸异丙烯酯3-7份、呋喃甲醇2-4份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺3-5份、变性剂5-8份、热稳定剂5-10份。
优选地，所述的变性剂选自二氯苯甲酸、 组胺磷酸盐、鲸蜡烷三甲基溴化铵、1-氨基戊烷 中的一种或几种。
优选地，所述热稳定剂选自4-苯基丁酰氯、1,1-二异丙氧基三甲胺、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯、丙二酸单叔丁酯中的一种或几种。
所述的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将镍合金、硫化锗、硒化铟、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜、热稳定剂加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为820-850℃，烧结时间为2-3.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在惰性气体中冷却至320-350℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30-60分钟，密炼温度为420℃，并依次加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯,搅拌速度为350-450转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、变性剂，搅拌均匀后加压至6-10MPa,搅拌速度为500-600转/分钟，搅拌温度为450℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20-30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入惰性气体保存箱，冷却至室温，得到成品。
优选地，步骤（3）和步骤（6）中的惰性气体为氦气。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 以镍合金、硫化锗、硒化铟、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜为主要成分，通过加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、变性剂、热稳定剂，辅以真空烧结、高温密炼、加压搅拌、压模冷却等工艺，使得制备而成的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 ，其 耐压强度高、硬度高 ，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
（2）本发明的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
（1）称取镍合金10份、硫化锗2份、硒化铟2份、氯化锡4份、砷化锌3份、氧化钾2份、乙酰丙酮镍5份、二叔戊酰甲烷铈2份、碳化硅4份、氮化硅3份、石墨3份、聚丙烯腈基碳纤维10份、醋酸纤维3份、聚芳砜3份、丙烯酸甲酯3份、对氯苯胺5份、乙酸异丙烯酯3份、呋喃甲醇2份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺3份、二氯苯甲酸5份、4-苯基丁酰氯5份；
（2）将镍合金、硫化锗、硒化铟、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜、4-苯基丁酰氯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为820℃，烧结时间为2小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至320℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30分钟，密炼温度为420℃，并依次加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯,搅拌速度为350转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、二氯苯甲酸，搅拌均匀后加压至6MPa,搅拌速度为500转/分钟，搅拌温度为450℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 的性能测试结果如表1所示。
实施例2
（1）称取镍合金12份、硫化锗2份、硒化铟2份、氯化锡5份、砷化锌3份、氧化钾3份、乙酰丙酮镍6份、二叔戊酰甲烷铈2份、碳化硅5份、氮化硅4份、石墨5份、聚丙烯腈基碳纤维12份、醋酸纤维4份、聚芳砜6份、丙烯酸甲酯5份、对氯苯胺7份、乙酸异丙烯酯5份、呋喃甲醇3份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺4份、 组胺磷酸盐 6 份、1,1-二异丙氧基三甲胺7份；
（2）将镍合金、硫化锗、硒化铟、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜、1,1-二异丙氧基三甲胺加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为830℃，烧结时间为2.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至330℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼40分钟，密炼温度为420℃，并依次加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯,搅拌速度为380转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、 组胺磷酸盐 ，搅拌均匀后加压至8MPa,搅拌速度为520转/分钟，搅拌温度为450℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却24分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 的性能测试结果如表1所示。
实施例3
（1）称取镍合金14份、硫化锗3份、硒化铟3份、氯化锡5份、砷化锌4份、氧化钾5份、乙酰丙酮镍6份、二叔戊酰甲烷铈3份、碳化硅7份、氮化硅5份、石墨6份、聚丙烯腈基碳纤维13份、醋酸纤维6份、聚芳砜8份、丙烯酸甲酯5份、对氯苯胺7份、乙酸异丙烯酯6份、呋喃甲醇4份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺4份、 鲸蜡烷三甲基溴化铵 7 份、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯9份；
（2）将镍合金、硫化锗、硒化铟、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为840℃，烧结时间为3小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至340℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼50分钟，密炼温度为420℃，并依次加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯,搅拌速度为420转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、 鲸蜡烷三甲基溴化铵 ，搅拌均匀后加压至9MPa,搅拌速度为580转/分钟，搅拌温度为450℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却28分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 的性能测试结果如表1所示。
实施例4
（1）称取镍合金15份、硫化锗3份、硒化铟4份、氯化锡6份、砷化锌5份、氧化钾6份、乙酰丙酮镍7份、二叔戊酰甲烷铈3份、碳化硅8份、氮化硅6份、石墨7份、聚丙烯腈基碳纤维15份、醋酸纤维7份、聚芳砜10份、丙烯酸甲酯6份、对氯苯胺9份、乙酸异丙烯酯7份、呋喃甲醇4份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺5份、 1- 氨基戊烷 8 份、丙二酸单叔丁酯10份；
（2）将镍合金、硫化锗、硒化铟、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜、丙二酸单叔丁酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为850℃，烧结时间为3.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至350℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼60分钟，密炼温度为420℃，并依次加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯,搅拌速度为450转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、 1- 氨基戊烷 ，搅拌均匀后加压至10MPa,搅拌速度为600转/分钟，搅拌温度为450℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 的性能测试结果如表1所示。
对比例1
（1）称取镍合金10份、氯化锡4份、砷化锌3份、氧化钾2份、乙酰丙酮镍5份、二叔戊酰甲烷铈2份、氮化硅3份、石墨3份、聚丙烯腈基碳纤维10份、醋酸纤维3份、聚芳砜3份、丙烯酸甲酯3份、对氯苯胺5份、乙酸异丙烯酯3份、呋喃甲醇2份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺3份、二氯苯甲酸5份、4-苯基丁酰氯5份；
（2）将镍合金、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜、4-苯基丁酰氯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为820℃，烧结时间为2小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至320℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30分钟，密炼温度为420℃，并依次加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯,搅拌速度为350转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、二氯苯甲酸，搅拌均匀后加压至6MPa,搅拌速度为500转/分钟，搅拌温度为450℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 的性能测试结果如表1所示。
对比例2
（1）称取镍合金15份、硫化锗3份、硒化铟4份、氧化钾6份、乙酰丙酮镍7份、二叔戊酰甲烷铈3份、碳化硅8份、氮化硅6份、石墨7份、聚丙烯腈基碳纤维15份、聚芳砜10份、丙烯酸甲酯6份、对氯苯胺9份、乙酸异丙烯酯7份、呋喃甲醇4份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺5份、 1- 氨基戊烷 8 份、丙二酸单叔丁酯10份；
（2）将镍合金、硫化锗、硒化铟、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、聚芳砜、丙二酸单叔丁酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为850℃，烧结时间为3.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至350℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼60分钟，密炼温度为420℃，并依次加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯,搅拌速度为450转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、 1- 氨基戊烷 ，搅拌均匀后加压至10MPa,搅拌速度为600转/分钟，搅拌温度为450℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 的性能测试结果如表1所示。
将实施例1-4和对比例1-2的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 分别进行抗压强度、抗拉强度、硬度的性能测试。
表1
　 抗压强度（MPa） 抗拉强度（MPa） 硬度(HB)
实施例1 3575 992 266
实施例2 3645 1068 275
实施例3 3550 1049 284
实施例4 3625 1087 275
对比例1 1865 439 89
对比例2 1930 515 106
本发明的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 以镍合金、硫化锗、硒化铟、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜为主要成分，通过加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、变性剂、热稳定剂，辅以真空烧结、高温密炼、加压搅拌、压模冷却等工艺，使得制备而成的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 ，其 耐压强度高、硬度高 ，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的 耐高压型碳化纤维金属复合材料 原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种耐高压型碳化纤维金属复合材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：镍合金10-15份、硫化锗2-3份、硒化铟2-4份、氯化锡4-6份、砷化锌3-5份、氧化钾2-6份、乙酰丙酮镍5-7份、二叔戊酰甲烷铈2-3份、碳化硅4-8份、氮化硅3-6份、石墨3-7份、聚丙烯腈基碳纤维10-15份、醋酸纤维3-7份、聚芳砜3-10份、丙烯酸甲酯3-6份、对氯苯胺5-9份、乙酸异丙烯酯3-7份、呋喃甲醇2-4份、对氨基甲苯邻磺酰苯胺3-5份、变性剂5-8份、热稳定剂5-10份。
2.根据权利要求1所述的耐高压型碳化纤维金属复合材料，其特征在于：所述的变性剂选自二氯苯甲酸、组胺磷酸盐、鲸蜡烷三甲基溴化铵、1-氨基戊烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的耐高压型碳化纤维金属复合材料，其特征在于：所述热稳定剂选自4-苯基丁酰氯、1,1-二异丙氧基三甲胺、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯、丙二酸单叔丁酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任一所述的耐高压型碳化纤维金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将镍合金、硫化锗、硒化铟、氯化锡、砷化锌、氧化钾、乙酰丙酮镍、二叔戊酰甲烷铈、碳化硅、氮化硅、石墨、聚丙烯腈基碳纤维、醋酸纤维、聚芳砜、热稳定剂加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为820-850℃，烧结时间为2-3.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在惰性气体中冷却至320-350℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30-60分钟，密炼温度为420℃，并依次加入丙烯酸甲酯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯,搅拌速度为350-450转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入呋喃甲醇、对氨基甲苯邻磺酰苯胺、变性剂，搅拌均匀后加压至6-10MPa,搅拌速度为500-600转/分钟，搅拌温度为450℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20-30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入惰性气体保存箱，冷却至室温，得到成品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤（3）和步骤（6）中的惰性气体为氦气。
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