CN106182803B - 聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板及其熔融浸渍热压制备法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了聚硼硅氧烷‑碳纤维布复合板及其熔融浸渍热压制备法，以碳纤维布和聚硼硅氧烷预聚体为原料，将碳纤维布进行预处理，采用熔融浸渍热压法制备聚硼硅氧烷‑碳纤维布复合板。将聚硼硅氧烷预聚体在260‑3000C下熔融，将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚硼硅氧烷预聚体中3‑5分钟，取出自然晾干后，将碳纤维布层叠到所需要的厚度后，采用精密压片机热压成型得到聚硼硅氧烷‑碳纤维布复合板。通过熔融浸渍热压法制备的碳纤维布复合板，重量轻、耐高温、耐腐蚀、抗拉能力强，并且不易分层。本发明具有制备方法简单，易于操作的特点。

Description

聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板及其熔融浸渍热压制备法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料制备领域，具体涉及一种聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板及其熔融浸渍热压制备方法。
背景技术
碳纤维是用分解温度低于熔融温度的纤维聚合物，通过10000C以上热解而制成的，具有比强度好、比传热、导电、抗蠕变、耐疲劳、耐腐蚀、模量高、强度好等特性，被广泛用于碳纤维增强复合材料。纤维增强的聚合物基复合材料质轻、比强度、比刚度和比模量大、耐高温、热稳定剂好，具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声，抗疲劳性能好，损伤后易修理等优异性能，在航空航天、军事领域具有更加现实的应用价值，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件等。近年来，纤维增强的聚合物基复合材料已经在防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达、装甲等方面得到广泛的应用。
然而，石墨结构的碳纤维决定了其表面呈化学惰性，不利于被基体树脂所浸润以及发生化学反应。碳纤维与基体树脂的粘结性能差，表现为制备的高分子复合材料力学性能较差，这种现象在碳纤维布增强高分子复合材料中表现尤为突出，制备出的碳纤维布复合材料分层现象明显。近年来的研究主要集中在通过各种方法对碳纤维的表面进行处理，提高基体树脂与碳纤维之间的粘结强度，有利于充分发挥碳纤维的力学特性。
发明内容
针对上述问题本发明提供了一种聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板及其熔融浸渍热压制备法。
本发明采用的技术方案是：聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板，由经过预处理的碳纤维布叠放于模具中，经过热压成型得到。
聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的熔融浸渍热压制备法，包括以下步骤
步骤一碳纤维布的预处理：将碳纤维布裁剪成所需要的尺寸，在无水乙醇中用超声波容器浸洗3-5分钟，烘干后放入马弗炉中于4500C条件下煅烧1小时；
步骤二浸渍液的制备：将聚硼硅氧烷预聚体于260-3000C条件下熔融60-90min；
步骤三合成板的制备：将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚硼硅氧烷预聚体中3-5min，取出自然晾干；待开模剂涂于模具后，将碳纤维布根据所需厚度叠放于模具中，利用精密压片机热压成型得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。
作为一种优选的技术方案：聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板中，纤维的含量在35%-45%。
作为一种优选的技术方案：碳纤维布包括二维碳纤维布和三维碳纤维布。
作为一种优选的技术方案：聚硼硅氧烷预聚体为聚二苯基硼硅氧烷预聚体，其分子量为500-1000，硅硼的摩尔比3：1-1：1。
作为一种优选的技术方案：碳纤维布可为平纹、斜纹或缎纹编织，碳纤维布的型号为1K、3K、6K或12K，密度为200、240或300g/m3。
作为一种优选的技术方案：利用精密压片机热压成型时温度为260-3000C，压力为6-9MPa，时间为7-15分钟。
作为一种优选的技术方案：碳纤维布与聚硼硅氧烷预聚体相间的层状结构厚度至少大于1mm。
本发明的有益效果是：利用聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的熔融浸渍热压制备法制得的复合板不易分层，具有较好的力学性能及耐腐蚀耐高温性能；本发明具有制备方法简单，易于操作的特点。
附图说明
图1所示为聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的普通光学照片；
图2所示为聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的扫描电镜图；
图3所示为聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板拉伸断裂后的扫描电镜图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
实施例1：
将3K平纹编织，密度为240g/m3的碳纤维布裁剪成60mm×43mm尺寸，用无水乙醇在超声波容器中浸洗3分钟，烘干后放入马弗炉中4500C煅烧1小时。聚二苯基硼硅氧烷预聚体中硅硼的摩尔比3：2，分子量为800，将聚二苯基硼硅氧烷预聚体在2700C下熔融60分钟。将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚二苯基硼硅氧烷预聚体中3分钟，取出自然晾干；待模具涂上开模剂，将碳纤维布层叠到2mm厚后，放入模具中，采用精密压片机热压成型，温度为2600C，压力为7MPa，时间为10分钟，得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。所制备的碳纤维布复合板中，纤维含量为34.8%，制备的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板拉伸强度为248MPa，弹性模量为987MPa。
图1为实施例1聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的普通光学照片，图2为图1的扫描电镜图片。从图1可以清楚地看到聚硼硅氧烷完全浸渍到碳纤维布的经纬线中，并与碳纤维布紧密粘结在一起，形成了遍布不同层碳纤维布全体的复合板。图3为图1拉伸断裂后的扫描电镜图片，从图3可以看出，聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板纤维间相互交叉和牵制，断裂时只是和拉伸方向平行的纤维断裂，起到粘结作用的聚硼硅氧烷完全断裂成粉状，从而可以提高材料的强度和抗疲劳能力。
实施例2：
将6K平纹编织，密度为240g/m3的碳纤维布裁剪成60mm×40mm尺寸，用无水乙醇在超声波容器中浸洗5分钟，烘干后放入马弗炉中4500C煅烧1小时。聚二苯基硼硅氧烷预聚体中硅硼的摩尔比3：1，分子量为800，将聚二苯基硼硅氧烷预聚体在2600C下熔融80分钟。将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚二苯基硼硅氧烷预聚体中4分钟，取出自然晾干。待模具涂上开模剂，将碳纤维布层叠到2.2mm厚后，放入模具中，采用精密压片机热压成型，温度为2700C，压力为8MPa，时间为11分钟，得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。所制备的碳纤维布复合板中，纤维含量为37%。制备的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板拉伸强度为279MPa，弹性模量为1073MPa。
实施例3：
将12K平纹编织，密度为300g/m3的碳纤维布裁剪成60mm×45mm尺寸，用无水乙醇在超声波容器中浸洗4分钟，烘干后放入马弗炉中4500C煅烧1小时。聚二苯基硼硅氧烷预聚体中硅硼的摩尔比2：1，分子量为1000，将聚二苯基硼硅氧烷预聚体在2800C下熔融85分钟。将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚二苯基硼硅氧烷预聚体中5分钟，取出自然晾干。待模具涂上开模剂，将碳纤维布层叠到2.8mm厚后，放入模具中，采用精密压片机热压成型，温度为2750C，压力为9MPa，时间为12分钟，得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。所制备的碳纤维布复合板中，纤维含量为44.5%，制备的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板拉伸强度为187MPa，弹性模量为735MPa。
实施例4：
将1K平纹编织，密度为200g/m3的碳纤维布裁剪成60mm×40mm尺寸，用无水乙醇在超声波容器中浸洗3分钟，烘干后放入马弗炉中4500C煅烧1小时。聚二苯基硼硅氧烷预聚体中硅硼的摩尔比1：1，分子量为900，将聚二苯基硼硅氧烷预聚体在2600C下熔融90分钟。将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚二苯基硼硅氧烷预聚体中3分钟，取出自然晾干。待模具涂上开模剂，将碳纤维布层叠到2.0mm厚后，放入模具中，采用精密压片机热压成型，温度为2650C，压力为7MPa，时间为13分钟，得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。所制备的碳纤维布复合板中，纤维含量为39%，制备的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板拉伸强度为289MPa，弹性模量为1204MPa。
实施例5：
将6K平纹编织，密度为240g/m3的碳纤维布裁剪成60mm×41mm尺寸，用无水乙醇在超声波容器中浸洗4分钟，烘干后放入马弗炉中4500C煅烧1小时。聚二苯基硼硅氧烷预聚体中硅硼的摩尔比3：1，分子量为1000，将聚二苯基硼硅氧烷预聚体在2700C下熔融90分钟。将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚二苯基硼硅氧烷预聚体中3分钟，取出自然晾干。待模具涂上开模剂，将碳纤维布层叠到2.3mm厚后，放入模具中，采用精密压片机热压成型，温度为2800C，压力为7MPa，时间为10分钟，得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。所制备的碳纤维布复合板中，纤维含量为40.2%，制备的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板拉伸强度为286MPa，弹性模量为1156MPa。
实施例6
将3K平纹编织，密度为240g/m3的碳纤维布裁剪成59mm×43mm尺寸，用无水乙醇在超声波容器中浸洗3分钟，烘干后放入马弗炉中4500C煅烧1小时。聚二苯基硼硅氧烷预聚体中硅硼的摩尔比3：1，分子量为500，将聚二苯基硼硅氧烷预聚体在3000C下熔融60分钟。将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚二苯基硼硅氧烷预聚体中4分钟，取出自然晾干。待模具涂上开模剂，将碳纤维布层叠到3.4mm厚后，放入模具中，采用精密压片机热压成型，温度为3000C，压力为8MPa，时间为7分钟，得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。所制备的碳纤维布复合板中，纤维含量为35%，制备的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板拉伸强度为237MPa，弹性模量为956MPa。
实施例7
将6K平纹编织，密度为240g/m3的碳纤维布裁剪成60mm×41mm尺寸，用无水乙醇在超声波容器中浸洗4分钟，烘干后放入马弗炉中4500C煅烧1小时。聚二苯基硼硅氧烷预聚体中硅硼的摩尔比3：2，分子量为1000，将聚二苯基硼硅氧烷预聚体在2700C下熔融75分钟。将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚二苯基硼硅氧烷预聚体中3分钟，取出自然晾干。待模具涂上开模剂，将碳纤维布层叠到4.9mm厚后，放入模具中，采用精密压片机热压成型，温度为2850C，压力为6MPa，时间为15分钟，得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。所制备的碳纤维布复合板中，纤维含量为45%，制备的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板拉伸强度为265MPa，弹性模量为876MPa。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以补充阐释本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的广大技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板，其特征在于：由经过预处理的碳纤维布叠放于模具中，经过热压成型得到；
所述的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板中，碳纤维布的含量在35%-45%；
碳纤维布包括二维碳纤维布和三维碳纤维布；
碳纤维布为平纹、斜纹或缎纹编织，碳纤维布的型号为1K、3K、6K或12K，密度为200、240或300g/m3；
聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板中，聚硼硅氧烷为聚硼硅氧烷预聚体。
2.聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的熔融浸渍热压制备法，其特征在于:包括以下步骤
步骤一碳纤维布的预处理：将碳纤维布裁剪成所需要的尺寸，于无水乙醇中用超声波浸洗3-5分钟，烘干后放入马弗炉中于450℃条件下煅烧1小时；
步骤二浸渍液的制备：将聚硼硅氧烷预聚体于260-300℃条件下熔融60-90min；
步骤三合成板的制备：将经过预处理的碳纤维布浸入熔融态的聚硼硅氧烷预聚体中3-5min，取出自然晾干；待开模剂涂于模具后，将碳纤维布根据所需厚度叠放于模具中，利用精密压片机热压成型得到聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板。
3.根据权利要求2所述的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的熔融浸渍热压制备法，其特征在于：聚硼硅氧烷预聚体为聚二苯基硼硅氧烷预聚体，其分子量为500-1000，硅硼的摩尔比3：1-1：1。
4.根据权利要求2所述的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的熔融浸渍热压制备法，其特征在于：利用精密压片机热压成型时温度为260-300℃，压力为6-9MPa，时间为7-15分钟。
5.根据权利要求2所述的聚硼硅氧烷-碳纤维布复合板的熔融浸渍热压制备法，其特征在于：碳纤维布与聚硼硅氧烷预聚体相间的层状结构厚度至少大于1mm。
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