CN106242337A - 一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，该方法首先用浓硝酸对碳纤维进行表面处理，得到改性的碳纤维，然后用改性的碳纤维与水泥基材料混合，成型，养护得到一种改性碳纤维水泥基复合材料。该方法得到的改性碳纤维有效的改善了碳纤维水泥基材料的强度。本发明公开的制备方法简单易操控，且制备的产品各项性能良好。

Description

一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维水泥基复合材料的制备方法，具体涉及一种改性的碳纤维水泥基复合材料的制备方法。
背景技术
在当今的建筑生产中，水泥与水泥基材料是应用量最大、应用范围最广的人造材料，具有外形可塑、强度可控、原材料来源广泛和价格低廉等诸多优点，但其存在抗拉强度低、极限延伸率小、抗裂性能差、脆性显著等缺点。随着现代建筑技术的不断发展及社会对高性能材料需求的不断增大，水泥基材料的缺点日渐突出。在水泥基材料中掺入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好、耐腐蚀性好的纤维作为增强体可以克服上述缺点。在水泥基材料中掺入聚合物可以调节水泥浆体的微观结构，减小基体的应力集中程度，有效地改善界面层。
纤维增强水泥基复合材料已经发展了较长时间，目前广泛运用到水泥基材料中的有聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、钢纤维、碳纤维等。碳纤维是20世纪60年代发展起来的一种高强纤维，因其高比强度，高比模量，耐腐蚀，耐高温，质轻，导电和热膨胀系数小等优异性能，己作为一种新型补强材料成功应用于航空航天领域。随着复合材料制造技术的发展以及碳纤维生产成本的不断降低，碳纤维复合材料迎来了新的应用市场即土木建筑领域，碳纤维成为较理想的建筑材料增强纤维。但未经处理的碳纤维表面平滑、活性官能团少、表面能低、表面惰性大，与基体粘结性差，界面结合处存在较多的缺陷，从而限制了碳纤维高性能的发挥。
在碳纤维水泥基复合材料中，碳纤维与水泥水化产物界面粘合力弱，会严重影响材料整体优异性能的发挥，所以有必要对碳纤维的表面进行改性处理。改性碳纤维水泥基复合材料对提高水泥基材料性能具有重要的实际意义。
发明内容
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种改性碳纤维水泥基复合材料的合成方法，能够有效地改善碳纤维水泥基材料的强度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，制备方法包括两部分：硝酸氧化处理碳纤维，改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
1.硝酸氧化处理碳纤维，包括以下步骤：
a.将质量分数为65%-68％的硝酸和碳纤维混合，置于超声波清洗器中分别处理1h-4h；
b.真空抽滤，控制真空度低于50Pa，进行抽真空处理，将混合物中多余的硝酸抽滤去掉；
c.用蒸馏水冲洗，冲洗至中性，即pH=7；
d.用丙酮浸泡10-25min；
e.将其置于烘箱中，设置烘箱温度为60℃，烘干，即得改性碳纤维。
2.改性碳纤维水泥基复合材料的制备，包括以下步骤：
f.按照碳纤维的体积掺量为0.35％的配比，将改性碳纤维和水泥
干混均匀，再加入水搅拌成均匀浆体；
g.将浆体注入涂好油的模具中，带模在标准条件下养护；
h.24h后脱模继续养护至规定龄期，即得改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
所述步骤a中的硝酸和碳纤维按照质量比5:1混合。
所述步骤a中的超声处理的最佳时间是2h。
所述步骤a中的碳纤维的长度为6mm
所述步骤f中水泥的水灰比是0.32。
所述步骤g中的标准条件是温度19℃—21℃，湿度90%—100%。
本发明的有益效果：
本发明采用硝酸氧化处理碳纤维的方法，对碳纤维的表面进行处理，可以使水泥基体与碳纤维粘结更为紧密，从而有效的提高了碳纤维水泥基材料的抗压强度。
本发明公开的制备方法简单易操控，且制备的产品各项性能良好。
附图说明
图1是本发明一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的具体实施技术方案做进一步详细说明。
实施例一
一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，制备方法包括两部分：硝酸氧化处理碳纤维，改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
1.硝酸氧化处理碳纤维，包括以下步骤：
a.将质量分数为65%-68％的硝酸和6mm长的碳纤维按照质量比5:1混合，置于超声波清洗器中分别处理1h；
b.真空抽滤，控制真空度低于50Pa，进行抽真空处理，将混合物中多余的硝酸抽滤去掉；
c.用蒸馏水冲洗，冲洗至中性，即pH=7；
d.用丙酮浸泡10-25min；
e.将其置于烘箱中，设置烘箱温度为60℃，烘干，即得改性碳纤维。
2.改性碳纤维水泥基复合材料的制备，包括以下步骤：
f.按照碳纤维的体积掺量为0.35％的配比，将改性碳纤维和水灰比为0.32的水泥干混均匀，再加入水搅拌成均匀浆体；
g.将浆体注入涂好油的模具中，带模在温度19℃—21℃，湿度90%—100%的标准条件下养护；
h.24h后脱模继续养护至规定龄期，即得改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
对本实施例制得的改性碳纤维水泥基复合材料的性能进行检测,结果如下：抗压强度为R7d=64.0Mpa，R28d=77.2Mpa，而未改性的碳纤维水泥基复合材料的抗压强度为R7d=64.9Mpa，R28d=85.0Mpa，比未改性碳纤维水泥基材的7d、28d强度分别下降了1.4％和9.2％。
实施例二
一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，制备方法包括两部分：硝酸氧化处理碳纤维，改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
1.硝酸氧化处理碳纤维，包括以下步骤：
a.将质量分数为65%-68％的硝酸和6mm长的碳纤维按照质量比5:1混合，置于超声波清洗器中分别处理2h；
b.真空抽滤，控制真空度低于50Pa，进行抽真空处理，将混合物中多余的硝酸抽滤去掉；
c.用蒸馏水冲洗，冲洗至中性，即pH=7；
d.用丙酮浸泡10-25min；
e.将其置于烘箱中，设置烘箱温度为60℃，烘干，即得改性碳纤维。
2.改性碳纤维水泥基复合材料的制备，包括以下步骤：
f.按照碳纤维的体积掺量为0.35％的配比，将改性碳纤维和水灰比为0.32的水泥干混均匀，再加入水搅拌成均匀浆体；
g.将浆体注入涂好油的模具中，带模在温度19℃—21℃，湿度90%—100%的标准条件下养护；
h.24h后脱模继续养护至规定龄期，即得改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
对本实施例制得的改性碳纤维水泥基复合材料的性能进行检测,结果如下：抗压强度为R7d=70.8Mpa，R28d=93.7Mpa，而未改性的碳纤维水泥基复合材料的抗压强度为R7d=64.9Mpa，R28d=85.0Mpa，比未改性碳纤维水泥基材的7d、28d强度分别提高了9.1％和10.2％。
实施例三
一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，制备方法包括两部分：硝酸氧化处理碳纤维，改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
1.硝酸氧化处理碳纤维，包括以下步骤：
a.将质量分数为65%-68％的硝酸和6mm长的碳纤维按照质量比5:1混合，置于超声波清洗器中分别处理4h；
b.真空抽滤，控制真空度低于50Pa，进行抽真空处理，将混合物中多余的硝酸抽滤去掉；
c.用蒸馏水冲洗，冲洗至中性，即pH=7；
d.用丙酮浸泡10-25min；
e.将其置于烘箱中，设置烘箱温度为60℃，烘干，即得改性碳纤维。
2.改性碳纤维水泥基复合材料的制备，包括以下步骤：
f.按照碳纤维的体积掺量为0.35％的配比，将改性碳纤维和水灰比为0.32的水泥干混均匀，再加入水搅拌成均匀浆体；
g.将浆体注入涂好油的模具中，带模在温度19℃—21℃，湿度90%—100%的标准条件下养护；
h.24h后脱模继续养护至规定龄期，即得改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
对本实施例制得的改性碳纤维水泥基复合材料的性能进行检测,结果如下：抗压强度为R7d=66.2Mpa，R28d=86.8Mpa，而未改性的碳纤维水泥基复合材料的抗压强度为R7d=64.9Mpa，R28d=85.0Mpa，比未改性碳纤维水泥基材的7d、28d强度分别提高了2.0％和2.1％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括两部分：硝酸氧化处理碳纤维，改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
2.根据权利要求1所述的改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸氧化处理碳纤维包括以下步骤：
a.将质量分数为65%-68％的硝酸和碳纤维混合，置于超声波清洗器中分别处理1h-4h；
b.真空抽滤，控制真空度低于50Pa，进行抽真空处理，将混合物中多余的硝酸抽滤去掉；
c.用蒸馏水冲洗，冲洗至中性，即pH=7；
d.用丙酮浸泡10-25min；
e.将其置于烘箱中，设置烘箱温度为60℃，烘干，即得改性碳纤维。
3.根据权利要求1所述的改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性碳纤维水泥基复合材料的制备包括以下步骤：
f.按照碳纤维的体积掺量为0.35％的配比，将改性碳纤维和水泥干混均匀，再加入水搅拌成均匀浆体；
g.将浆体注入涂好油的模具中，带模在标准条件下养护；
h.24h后脱模继续养护至规定龄期，即得改性碳纤维水泥基复合材料的制备。
4.根据权利要求2所述的改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中的硝酸和碳纤维按照质量比5:1混合。
5.根据权利要求2所述的改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中的超声处理的时间是2h。
6.根据权利要求2所述的改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中的碳纤维的长度为6mm。
7.根据权利要求3所述的改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤f中水泥的水灰比是0.32。
8.根据权利要求3所述的改性碳纤维水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤g中的标准条件是温度19℃—21℃，湿度90%—100%。
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