CN106957510B - 一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法 - Google Patents
一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106957510B CN106957510B CN201710184086.1A CN201710184086A CN106957510B CN 106957510 B CN106957510 B CN 106957510B CN 201710184086 A CN201710184086 A CN 201710184086A CN 106957510 B CN106957510 B CN 106957510B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon cloth
- titanium dioxide
- dioxide nano
- rod
- modified carbon
- 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.)
- Active
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 158
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 21
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 20
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 19
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 14
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 10
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 10
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 8
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 4
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims 1
- 229920013657 polymer matrix composite Polymers 0.000 abstract description 12
- 239000011160 polymer matrix composite Substances 0.000 abstract description 12
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000002783 friction material Substances 0.000 abstract description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000013001 point bending Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 15
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 150000001540 azides Chemical class 0.000 description 1
- 125000000852 azido group Chemical group *N=[N+]=[N-] 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000026030 halogenation Effects 0.000 description 1
- 238000005658 halogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- -1 modified carbon fiber out.Modified carbon fiber Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
- C08K7/06—Elements
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/46—Oxides or hydroxides of elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table; Titanates; Zirconates; Stannates; Plumbates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2361/00—Characterised by the use of condensation polymers of aldehydes or ketones; Derivatives of such polymers
- C08J2361/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C08J2361/06—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/40—Fibres of carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，首先将商业碳布室温下经过丙酮溶液浸泡以去除碳布纤维表面上浆剂；将洗涤后的碳布通过TiO2溶胶在纤维表面接种TiO2晶籽；随后采用水热生长处理在碳布纤维表面生长TiO2纳米棒。反应完成后将改性碳布充分洗涤，烘干。以改性后的碳布作为增强体制备多尺度碳布增强树脂基复合材料。本发明所制备的二氧化钛纳米棒改性碳布混合体多尺度增强树脂基复合材料拉伸强度提高了21％‑84％，三点弯曲强度提升了30％‑89％，且多尺度增强树脂基复合材料摩擦系数平稳，保持在0.1，磨损率降低25％‑56％，充分体现了二氧化钛纳米棒改性碳布增强体对树脂基复合材料机械强度的提升及其应用于湿式摩擦材料中的减磨、耐磨作用。
Description
技术领域
本发明属于湿式摩擦材料领域，具体涉及一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法。
背景技术
基于碳布优异的摩擦润滑性能、高比强、低密度及有序性等突出优点而被广泛应用于工程材料中。然而碳布纤维表面惰性大，不具备丰富的网状分支结构，在垂直于纤维方向上性能较差，与树脂的界面结合不够理想，在一定程度上限制了树脂基复合材料在严苛环境及特殊领域中的应用。因此，对碳布纤维进行适度的改性处理，以增进其与树脂基体的结合强度，进一步扩大其应用领域。
公开号为CN105131332A的中国专利“一种表面接枝聚合物改性碳纤维的方法”提出一种表面接枝聚合物改性碳纤维的方法。首先改性碳纤维使其表面接枝上叠氮基，然后利用自由基聚合方式，制备分子链上含有多个炔基的共聚物，最后利用点击化学反应将聚合物接枝到碳纤维表面。该方法改性的碳纤维接枝率高，与树脂的相容性能好。然而，就碳纤维增强树脂基复合材料的的制备工艺而言，碳纤维表面上聚合物与树脂基体化学反应有限，故此种方法对复合材料整体性能的提升有限。
公开号为CN104499270A的中国专利“一种纳米二氧化硅表面改性碳纤维的方法”提出一种纳米二氧化硅表面改性碳纤维的方法。此专利首先对纳米二氧化硅进行表面卤化得到产物，随后进行纳米二氧化硅表面叠氮化处理；之后依次对碳纤维进行氧化处理和表面修饰炔基化处理。最后碳纤维表面接枝纳米二氧化硅。修饰二氧化硅之后，碳纤维表面的浸润性有显著提高，粗糙度明显增加，有利于增强复合材料中基体和界面之间的传递效应，提高复合材料的力学性能。此方法过程较为繁琐，且无法保证接枝的二氧化硅颗粒在碳纤维表面的均匀分别，使得复合材料因结构的不均匀产生的缺陷限制材料性能的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明通过在碳布表面生长二氧化钛纳米棒，对碳布纤维表面进行多尺度改性，使碳布纤维具备丰富的三维结构，增强碳布纤维与树脂基体的结合力，进而改善碳布增强树脂基复合材料摩擦学性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层
以体积份数计，取100份无水乙醇，逐滴加入浓盐酸1-5份，并充分搅拌得到酸性溶液，然后将5-20份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌后静置，形成TiO2溶胶，取洗涤处理后的碳布浸泡于上述溶胶中进行接种，然后干燥得到预处理碳布；
步骤二：水热生长TiO2纳米棒
将预处理碳布置于去离子水、浓盐酸、双氧水和钛酸丁酯的混合溶液中，其中去离子水、浓盐酸、双氧水和钛酸丁酯的体积比为(20-30):(10-20):(1-5):1，然后进行反应，反应结束后干燥得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体；
步骤三：复合材料的制备
将二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料。
进一步地，步骤一中搅拌30min后静置1h，形成TiO2溶胶。
进一步地，步骤一中将洗涤处理后的碳布浸泡于溶胶中5min进行接种，且接种过程重复1-5次。
进一步地，步骤一中干燥温度为100℃，干燥时间为10min。
进一步地，步骤二中水热反应的温度为100℃-150℃，时间为1-5h。
进一步地，步骤二中干燥温度为100℃，干燥时间为5h。
进一步地，步骤三得到的二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料中树脂的质量分数为30-35％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过低浓度TiO2溶胶在碳纤维表面接种TiO2晶种，随后经过一次水热原位生长，在碳布纤维表面生长二氧化钛纳米棒阵列，使碳纤维在其垂直表面的方向具有大量的机械附着点，使碳布纤维具备丰富的三维结构。碳布纤维多尺度结构的实现，增强了碳布纤维与树脂基体的结合，同时也使得碳布的整体结构性增强，大大提升了碳布增强树脂基复合材料的机械强度，进而改善碳布增强树脂基复合材料摩擦学性能。
进一步地，通过控制水热反应条件，制备出具有不同疏密度二氧化钛纳米棒的多尺度碳布增强体。
本发明制备的二氧化钛纳米棒改性碳纤维增强树脂基复合材料，其拉伸强度提高了21％-84％，弯曲强度提高30％-89％；本发明制备出的二氧化钛纳米棒改性碳布及其多尺度增强树脂基复合材料应用于湿式树脂基摩擦材料，其制动过程平稳，磨损率降低25％—56％，体现了优异的摩擦性能。
附图说明
图1为本发明制备二氧化钛纳米棒改性碳布纤维SEM照片，其中(a),(b),(c),(d)分别为原始碳布纤维，及实施例2,4,5制备的二氧化钛纳米棒改性碳布纤维；
图2为本发明制备二氧化钛纳米棒改性碳布纤维XRD分析图，其中(a),(b),(c),(d)分别为原始碳布纤维，实施例2,4,5制备的二氧化钛纳米棒改性碳布纤维；
图3(a)为本发明制备二氧化钛纳米棒改性碳布纤维增强树脂基复合材料拉伸强度对比图，其中C0，C1，C2，C3分别为原始碳纤维，实施例2,4,5所制备摩擦材料；
图3(b)为本发明制备二氧化钛纳米棒改性碳布纤维增强树脂基复合材料三点弯曲强度对比图，其中C0，C1，C2，C3分别为原始碳纤维，实施例2,4,5所制备摩擦材料；
图4为本发明制备二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料弯曲断面对比图，其中(a),(b),(c),(d)分别为原始碳纤维，实施例2,4,5所制备复合材料；
图5为本发明制备二氧化钛纳米棒改性碳布纤维增强树脂基复合材料连续摩擦系数对比图，其中C0，C1，C2，C3分别为原始碳纤维，实施例2,4,5所制备复合材料；
图6为本发明制备二氧化钛纳米棒改性碳布纤维增强树脂基复合材料磨损率对比图，其中C0，C1，C2，C3分别为原始碳纤维，实施例2,4,5所制备复合材料。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层。
以体积份数计，取100份无水乙醇于烧杯中，逐滴加入浓盐酸1-5份，并充分搅拌。将5-20份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌30min后静置1h，形成TiO2溶胶。取丙酮洗涤处理后的碳布浸泡于述溶胶中5min进行接种，接种过程重复1-5次，然后置于100℃烘箱中干燥10min，得到预处理碳布。
步骤二：水热生长TiO2纳米棒。
将预处理碳布置于去离子水：浓盐酸：双氧水：钛酸丁酯＝(20-30):(10-20):(1-5):1(体积比)的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热1-5h，水热温度100℃-150℃。反应结束后取出碳布于100℃烘箱中干燥5h，得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体。
步骤三：复合材料的制备。
将所得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后用硫化机热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强树脂基复合材料，其中树脂含量(质量分数)30-35％。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层。
以体积份数计，取100份无水乙醇于烧杯中，逐滴加入浓盐酸1份，并充分搅拌。将5份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌30min后静置1h，已形成TiO2溶胶。取洗涤处理后的碳布浸泡于述溶胶中5min进行接种，接种过程重复1次，然后置于100℃烘箱中干燥10min，得到预处理碳布。
步骤二：水热生长TiO2纳米棒。
将上述碳布置于去离子水：浓盐酸：双氧水：钛酸丁酯＝20:20:1:1的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热1h，水热温度100℃。反应结束后取出碳布于100℃烘箱中干燥5h，得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体。
步骤三：复合材料的制备。
将所得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后用硫化机热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强树脂基复合材料。其中树脂含量(质量分数)为30％。
实施例2
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层。
以体积份数计，取100份无水乙醇于烧杯中，逐滴加入浓盐酸2份，并充分搅拌。将10份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌30min后静置1h，已形成TiO2溶胶。取洗涤处理后的碳布浸泡于述溶胶中5min进行接种，接种过程重复3次，然后置于100℃烘箱中干燥10min，得到预处理碳布。
步骤二：水热生长TiO2纳米棒。
将上述碳布置于去离子水：浓盐酸：双氧水：钛酸丁酯＝25:15:1:1的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热3h，水热温度120℃。反应结束后取出碳布于100℃烘箱中干燥5h，得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体。
步骤三：复合材料的制备。
将所得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后用硫化机热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强树脂基复合材料。其中树脂含量(质量分数)为35％。
实施例3
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层。
以体积份数计，取100份无水乙醇于烧杯中，逐滴加入浓盐酸5份，并充分搅拌。将20份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌30min后静置1h，已形成TiO2溶胶。取洗涤处理后的碳布浸泡于述溶胶中5min进行接种，接种过程重复1次，然后置于100℃烘箱中干燥10min，得到预处理碳布。
步骤二：水热生长TiO2纳米棒。
将上述碳布置于去离子水：浓盐酸：双氧水：钛酸丁酯＝30:10:1:1的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热5h，水热温度150℃。反应结束后取出碳布于100℃烘箱中干燥5h，得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体。
步骤三：复合材料的制备。
将所得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后用硫化机热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强树脂基复合材料。其中树脂含量(质量分数)为33％。
实施例4
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层。
以体积份数计，取100份无水乙醇于烧杯中，逐滴加入浓盐酸2份，并充分搅拌。将10份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌30min后静置1h，已形成TiO2溶胶。取洗涤处理后的碳布浸泡于述溶胶中5min进行接种，接种过程重复3次，然后置于100℃烘箱中干燥10min，得到预处理碳布。
步骤二：水热生长TiO2纳米棒。
将上述碳布置于去离子水：浓盐酸：双氧水：钛酸丁酯＝25:15:5:1的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热5h，水热温度150℃。反应结束后取出碳布于100℃烘箱中干燥5h，得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体。
步骤三：复合材料的制备。
将所得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后用硫化机热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强树脂基复合材料。其中树脂含量(质量分数)为32％。
实施例5
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层。
以体积份数计，取100份无水乙醇于烧杯中，逐滴加入浓盐酸2份，并充分搅拌。将10份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌30min后静置1h，已形成TiO2溶胶。取洗涤处理后的碳布浸泡于述溶胶中5min进行接种，接种过程重复3次，然后置于100℃烘箱中干燥10min，得到预处理碳布。
步骤二：水热生长TiO2纳米棒。
将上述碳布置于去离子水：浓盐酸：双氧水：钛酸丁酯＝25:15:1:1的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热5h，水热温度100℃。反应结束后取出碳布于100℃烘箱中干燥5h，得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体。
步骤三：复合材料的制备。
将所得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后用硫化机热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强树脂基复合材料。其中树脂含量(质量分数)为30％。
实施例6
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层。
以体积份数计，取100份无水乙醇于烧杯中，逐滴加入浓盐酸3份，并充分搅拌。将10份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌30min后静置1h，已形成TiO2溶胶。取洗涤处理后的碳布浸泡于述溶胶中5min进行接种，接种过程重复3次，然后置于100℃烘箱中干燥10min，得到预处理碳布。
步骤二：水热生长TiO2纳米棒。
将上述碳布置于去离子水：浓盐酸：双氧水：钛酸丁酯＝25:15:3:1的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热5h，水热温度100℃。反应结束后取出碳布于100℃烘箱中干燥5h，得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体。
步骤三：复合材料的制备。
将所得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后用硫化机热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强树脂基复合材料。其中树脂含量(质量分数)为35％。
实施例7
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层。
以体积份数计，取100份无水乙醇于烧杯中，逐滴加入浓盐酸2份，并充分搅拌。将5份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌30min后静置1h，已形成TiO2溶胶。取洗涤处理后的碳布浸泡于述溶胶中5min进行接种，接种过程重复5次，然后置于100℃烘箱中干燥10min，得到预处理碳布。
步骤二：水热生长TiO2纳米棒。
将上述碳布置于去离子水：浓盐酸：双氧水：钛酸丁酯＝25:15:2:1的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热5h，水热温度150℃。反应结束后取出碳布于100℃烘箱中干燥5h，得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体。
步骤三：复合材料的制备。
将所得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后用硫化机热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强树脂基复合材料。其中树脂含量(质量分数)为30％。
从图1可以看出，本发明通过控制水热反应条件，有效的控制了TiO2纳米棒在碳布纤维表面的分布生长，从图2可以看出，本发明得到结晶性能较好的金红石相TiO2纳米棒，由峰强度也可以得到样品中(b)(c)(d)中TiO2纳米棒的分布密度依次增加。由图3(a)和图3(b)可得，经过TiO2纳米棒改性后的碳布增强树脂基复合材料拉伸和三点弯曲强度都有显著提升，这主要是由于纳米棒与树脂基体之间形成了牢固的机械结合，优异的机械性能为摩擦性能的提高提供了基础，与图4中断面形貌一致。由图5和图6可得，引入TiO2纳米棒主要通过与树脂基体的机械铆定作用，提高材料整体的耐磨损性能，磨损率有显著的下降，提高材料的使用寿命。
Claims (6)
1.一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：碳布纤维表面接种TiO2晶籽层
以体积份数计，取100份无水乙醇，逐滴加入浓盐酸1-5份，并充分搅拌得到酸性溶液，然后将5-20份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌后静置，形成TiO2溶胶，取洗涤处理后的碳布浸泡于上述溶胶中进行接种，然后干燥得到预处理碳布；
步骤二：水热生长TiO2纳米棒
将预处理碳布置于去离子水、浓盐酸、双氧水和钛酸丁酯的混合溶液中，其中去离子水、浓盐酸、双氧水和钛酸丁酯的体积比为(20-30):(10-20):(1-5):1，然后进行水热反应，反应温度为100℃-150℃，时间为1-5h，反应结束后干燥得到二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体；
步骤三：复合材料的制备
将二氧化钛纳米棒改性碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后热压成型，制得二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中搅拌30min后静置1h，形成TiO2溶胶。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中将洗涤处理后的碳布浸泡于溶胶中5min进行接种，且接种过程重复1-5次。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中干燥温度为100℃，干燥时间为10min。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中干燥温度为100℃，干燥时间为5h。
6.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三得到的二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料中树脂的质量分数为30-35％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710184086.1A CN106957510B (zh) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | 一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710184086.1A CN106957510B (zh) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | 一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106957510A CN106957510A (zh) | 2017-07-18 |
| CN106957510B true CN106957510B (zh) | 2018-11-30 |
Family
ID=59471746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710184086.1A Active CN106957510B (zh) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | 一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106957510B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109289890A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-02-01 | 西北工业大学 | 高效自支撑氮化钛/氮掺杂二氧化钛光电催化电极材料及制备方法 |
| CN109659497A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-04-19 | 青岛大学 | 一种基于碳布的柔性钛酸锂电极的制备方法 |
| JP7090819B2 (ja) * | 2019-12-20 | 2022-06-24 | 昭和電工株式会社 | 高分子重合体シートの製造方法 |
| CN111635615A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-08 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维-二氧化钛多级增强树脂基复合材料的制备方法 |
| CN114768787B (zh) * | 2022-05-24 | 2023-04-28 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种碳纤维负载三层二氧化钛光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115449189A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-12-09 | 唐山润峰复合材料有限公司 | 散射耐候型纤维增强树脂基复合材料及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103212395A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-07-24 | 合肥工业大学 | TiO2单晶纳米棒-活性碳纤维复合光催化剂、制备方法及其应用 |
| CN104212169A (zh) * | 2014-09-06 | 2014-12-17 | 丹阳丹金汽车部件有限公司 | 一种功能化碳纳米纤维多尺度增强复合材料及其制备方法 |
| CN105600770A (zh) * | 2016-02-06 | 2016-05-25 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维增强高分子基复合材料的制备方法及应用 |
| CN105690802A (zh) * | 2016-02-06 | 2016-06-22 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维增强高分子基复合材料的制备方法及应用 |
| CN105713234A (zh) * | 2016-02-06 | 2016-06-29 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维增强高分子基复合材料的制备方法及应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160118817A (ko) * | 2015-04-03 | 2016-10-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 |
-
2017
- 2017-03-24 CN CN201710184086.1A patent/CN106957510B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103212395A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-07-24 | 合肥工业大学 | TiO2单晶纳米棒-活性碳纤维复合光催化剂、制备方法及其应用 |
| CN104212169A (zh) * | 2014-09-06 | 2014-12-17 | 丹阳丹金汽车部件有限公司 | 一种功能化碳纳米纤维多尺度增强复合材料及其制备方法 |
| CN105600770A (zh) * | 2016-02-06 | 2016-05-25 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维增强高分子基复合材料的制备方法及应用 |
| CN105690802A (zh) * | 2016-02-06 | 2016-06-22 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维增强高分子基复合材料的制备方法及应用 |
| CN105713234A (zh) * | 2016-02-06 | 2016-06-29 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维增强高分子基复合材料的制备方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106957510A (zh) | 2017-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106957510B (zh) | 一种二氧化钛纳米棒改性碳布增强树脂基复合材料的制备方法 | |
| CN108439457B (zh) | 一种水热电泳法制备氧化锌纳米棒/碳布摩擦材料的方法 | |
| CN108589273B (zh) | 一种改性石英纤维及其表面改性方法 | |
| CN106319934B (zh) | 碳化硅纳米线原位增强的碳化硅纤维材料及其制备方法 | |
| CN109608822A (zh) | 一种mof-5无损改性碳纤维增强树脂基湿式摩擦材料及其制备方法 | |
| CN108286187A (zh) | 一种硅烷偶联剂辅助电泳沉积引发氧化石墨烯改性碳纤维的制备方法 | |
| CN106747265B (zh) | 一种基于自组装遮光剂纤维的气凝胶复合材料及其制法 | |
| CN106245423A (zh) | 一种抗菌玻璃纤维空气过滤纸及其制备方法 | |
| CN107236267A (zh) | 一种表面改性黄麻聚乳酸复合材料的制备方法 | |
| CN109610159A (zh) | 一种使用双金属催化剂在碳纤维织物表面催化生长碳纳米管的制备方法 | |
| CN106905547A (zh) | 一种二氧化钛纳米线(网)‑碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法 | |
| CN106587126B (zh) | 一种碳酸钙纳米线及其制备方法 | |
| CN108468206A (zh) | 一种功能化的蚕丝面料的制备方法 | |
| CN107129669A (zh) | 一种高界面粘结强度黄麻聚乳酸复合材料的制备方法 | |
| CN110402959A (zh) | 一种耐久型皮革抗菌剂及其制备方法 | |
| CN106223121B (zh) | 一种持久抗菌玻璃纤维空气过滤纸及其制备方法 | |
| CN109988359A (zh) | 一种竹纤维/聚丙烯复合材料的制备方法 | |
| CN106147117B (zh) | 在碳布上生长氧化锌纳米棒增强树脂基摩擦材料的制备方法 | |
| CN100480339C (zh) | 一种改性重晶石及其制备方法 | |
| CN106243658A (zh) | 一种持久抗菌的高性能聚酯玻璃钢材料及其制备方法 | |
| CN110820322B (zh) | 一种使用木质素磺酸钠与双金属催化剂共同作用在碳纤维上生长碳纳米管的方法 | |
| CN106243390B (zh) | 一种高强度负载银/二氧化钛复合玻璃纤及其维制备方法 | |
| CN110318251B (zh) | 一种在碳纤维表面生长一维氧化锌纳米线的方法 | |
| CN107353711A (zh) | 一种纳米粒子增强树脂铅芯的制备方法 | |
| CN107416899A (zh) | 一种纳米线α‑Bi2O3粉末材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |