CN112092412B - 一种纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法 - Google Patents

一种纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，采用低成本的陶瓷粉体废料作为基体原料并辅以双相纤维体作为增强体，原料的来源更加廉价，环境友好且符合绿色产业化的要求，间接也缓解了环境治理的压力。依据三维纤维体的结构特点，本发明开创“双相互补”的复合方式，通过引入肉桂酰胺、乙二醇单甲醚等低成本试剂对纤维和前驱体溶液进行表面改性和填充处理，改善了不同纤维之间的界面结合力和分散性能，实现了熔点高、耐高温性能好的硅酸铝纤维布的叠层复合，有效地规避了二维纤维布的单一性力学缺陷，构建了具有优异力学性能的“双相纤维——树脂——廉价基体”的三维纤维复合体系。

Description

一种纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法。
背景技术
自20世纪80年代起，欧美、日等国家就投入大量的人力、物力，开展了对高温氧化物/氧化物陶瓷基复合材料应用的研究。高温氧化物/氧化物陶瓷基复合材料大多选用多晶氧化物纤维作为增强体，大致分类为硅酸铝、莫来石类纤维，具有较好的弹性模量和力学强度，但和基体材料易发生多相界面之间的强结合反应而降低材料的力学性能，由于氧化物纤维表面有稳定的氧化层作为包裹和保护，其在高温下的耐热性和抗氧化性能更为优异[Wu Qing.Imaging the interphase of carbon fiber composites using transmissionby focused ion beam and etching[J].Chinese Journal of Aeronautics,2015,28(05):1529-1538.]。
目前高温氧化物/氧化物陶瓷基复合材料多采用Sol—Gel法进行生产，生产技术上已经具备成型一维纺织线、二维纤维布和三维复杂形状纤维体的能力，但Sol—Gel法的生产成本高而制备周期长，因此市场中的商用高性能纤维的价格也高居不下。目前的陶瓷基复合材料仍未实现对材料结构的低成本把控，生产的模式主要以传统陶瓷生产模式为主，目前研究重点主要集中在对升温制度、陶瓷粉体的类型、纤维的长短、纤维的类别等因素上，短时间内难以取得较大的技术突破[Chen wen.Dynamic Mechanical and ThermalProperties of Cross-linked Fiber Composites[J].Journal of Wuhan University ofTechnology,2010,25(05):780-784.]。
近十年来，科学研究者尝试通过水溶剂热法、喷雾热解法及静电纺丝法等多种方法实现O/OCMC纤维的制备，并取得了一定的工艺上的进展，但离产量化的低成本生产仍然存在较大的技术鸿沟，如何改进晶粒的细化工艺、设计稳定的多组分相结构和实现纤维中多晶组分的均匀分布是当前亟待攻克的技术难关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，该方法通过在纤维层的界面引入改性基团，有效地改善了纤维界面的微观结构和不同组向纤维之间的力学结合作用，在宏观上展现出了优异的力学性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
步骤一：将硅酸铝纤维布浸泡在温度为60～80℃的聚偏氟乙烯混合溶液中热填充1～2h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液调节其pH值至8～9，得到液固质量比为2～7：1的混合前驱液A；
步骤二：取80～120g混合前驱液A移至磁感应反应釜中并加入5～15g二氧化钛粉体，然后向磁感应反应釜中加入长、宽和高分别为3cm、2cm和2cm的铝片作为磁感应体，在600～1220KHz的磁感应频率和200～400℃的磁化温度下处理8～10h，将改性后的纤维体取出并于80～100℃的紫外烘箱中烘干，得到经二氧化钛粉体表面改性的纤维体B；
步骤三：在瓷舟的底面均匀平铺一层10～20g的焦亚硫酸钠粉体后将40～80g纤维体B移至瓷舟中，将闭口的瓷舟移至真空管式炉中进行热处理后将纤维体取出，用稀硫酸混合溶液洗涤后烘干，得到经表面硫掺杂改性的纤维体C；
步骤四：将纤维预制体C裁剪成长度约为10～15cm，宽度约为4～8cm的长方形，采用热刷涂或热喷枪喷射的方法将聚酰胺树脂混合液和裁剪过的纤维预制体结合，并将纤维预制体依次上下对齐放置并叠加至50～80层，得到纤维复合体D；
步骤五：借助热压成型机将纤维复合体D置于模具之中压制成型，将模具和材料物理脱离后得到纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料。
所述步骤一的硅酸铝纤维布是组合型针刺毡体，按质量比由40～60％短切原丝毡、20～40％无捻粗纱布和20～40％短切纱组合而成，组成成分按质量比含30～50％硅酸铝、20～40％氧化锆、20～40％氧化钛和10～30％氧化铍。
所述步骤一的聚偏氟乙烯混合溶液按体积比由50～70％乙二醇单甲醚、10～20％聚偏氟乙烯和20～40％去离子水混合组成。
所述步骤一的肉桂酰胺混合溶液按质量比由40～60％肉桂酰胺、20～40％氢氧化钾和20～40％去离子水混合组成。
所述步骤三热处理制度设置如下：从室温开始，以8℃/min的升温速率升温至100℃，再以3℃/min的升温速率升温至200℃保温20～40mins，保温阶段结束后随炉自然冷却至室温。
所述步骤三稀硫酸混合溶液按体积比由40～60％稀硫酸、20～40％硅溶胶和20～40％去离子水混合组成。
所述步骤三用稀硫酸混合溶液洗涤5～8次并在60～90℃烘干。
所述步骤四聚酰胺树脂混合液的温度为80～100℃，按体积比由40～60％聚酰胺树脂、10～30％聚乙烯醇和30～50％去离子水混合组成。
所述步骤五热压成型机型号为SYD-0704，成型的温度为80～120℃，成型压力为120～160MPa，成型周期为30～90mins。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明采用低成本的陶瓷粉体废料作为基体原料并辅以双相纤维体作为增强体，和目前市场上已实现产业化生产的陶瓷复合材料相比，本发明可以直接选用建材加工废料作为原料，因此原料的来源更加廉价，环境友好且符合绿色产业化的要求，间接也缓解了环境治理的压力。依据三维纤维体的结构特点，本发明开创“双相互补”的复合方式，通过引入肉桂酰胺、乙二醇单甲醚等低成本试剂对纤维和前驱体溶液进行表面改性和填充处理，改善了不同纤维之间的界面结合力和分散性能，实现了熔点高、耐高温性能好的硅酸铝纤维布的叠层复合，有效地规避了二维纤维布的单一性力学缺陷，构建了具有优异力学性能的“双相纤维——树脂——廉价基体”的三维纤维复合体系。本发明的生产工序简易，具有实现大规模产业化生产的潜力，同时原料的来源广，成本也较为低廉，环境友好，所制备出的复合材料密度大，化学稳定性好，抗热震性能强，具有优异的力学性能和广阔的应用前景。
本发明还具有以下五方面的有益效果：
(一)采用聚偏氟乙烯多组分混合溶液在对硅酸铝纤维布进行初步致密化填充的同时，将肉桂酰胺改性溶剂也均匀渗入到了纤维体的内部，在碱性环境下加速了氨基基团在硅酸铝纤维布表面的复合过程，提升了界面反应的效率，调整了纤维内部多元基团的分布，有利于和后续步骤中树脂的紧密结合，优化了纤维体内部的三维空间结构；
(二)创新性的在纤维体表面和内部引入多孔二氧化钛粉体作为官能团的承载体，借助磁感应固相反应实现了对多孔二氧化钛粉体表面的刻蚀，同时也将多孔二氧化钛粉体均匀引入到了纤维体的内部，提升了纤维体的比表面积的同时，为有机官能团的引入及硫元素的掺杂提供了更多的空间点位，可以有效的改善纤维体内部的晶格缺陷分布，提升了纤维体的综合力学性能，保障了三维纤维体在高温下的增强增韧效果；
(三)依据焦亚硫酸钠的分解作用在二氧化钛粉体的表面和内部引入硫元素，利用纤维表面的自主吸附作用大大降低了对纤维的损伤。硫元素为经刻蚀后的二氧化钛粉体孔洞结构提供了更多官能团活性位点，有助于实现大量官能团在纤维体表面和内部的吸附，提升了纤维和树脂材料的结合强度；
(四)巧妙设置“快升温、长保温、慢降温”的热处理制度，纤维体在200℃左右保温20～40mins，实现了焦亚硫酸钠的完全分解，又不至于对纤维造成热损伤，保护了纤维的力学性能的同时，也实现了硫元素的高效掺入；
(五)采用树脂和经表面改性的纤维体进行叠层结合的方式，在低温下即可以生产出三维陶瓷基复合材料，解决了传统纤维复合材料因高温处理而导致的纤维力学性能下降难题，降低了生产成本的同时也大大提升了材料的综合力学性能，具有较好的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备出的一种二氧化钛粉体/硫掺杂改性纤维体复合材料的断面扫描电镜测试图。
图2为本发明实施例2制备出的一种二氧化钛粉体/硫掺杂改性纤维体复合材料界面微观裂纹的扫描电镜测试图。
具体实施方式
下面结合本发明较优的实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
步骤一：将硅酸铝纤维布浸泡在温度为60℃的聚偏氟乙烯混合溶液中进行热填充处理1h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液调节溶液的PH至8，得到液固质量比为2：1混合前驱液A；
其中，硅酸铝纤维布是组合型针刺毡体，按质量比由40％短切原丝毡、20％无捻粗纱布和40％短切纱组合而成，组成成分按质量比包含50％硅酸铝、20％氧化锆、20％氧化钛和10％氧化铍；
所述聚偏氟乙烯混合溶液按体积比由55％乙二醇单甲醚、15％聚偏氟乙烯和30％去离子水混合组成；
所述肉桂酰胺混合溶液按质量比由40％肉桂酰胺、20％氢氧化钾和40％去离子水混合组成；
步骤二：取80g混合前驱液A移至磁感应反应釜中并加入5g纳米二氧化钛粉体，然后向磁感应反应釜中加入长、宽和高分别为3cm、2cm和2cm的铝片作为磁感应体，在600KHz的磁感应频率和350℃的磁化温度下处理9h，将改性后的纤维体取出并于80℃的紫外烘箱中烘干，得到经二氧化钛粉体表面改性的纤维体B；
步骤三：在瓷舟的底面均匀平铺一层10g的尿素粉体后将40g纤维体B移至瓷舟中，将闭口的瓷舟移至真空管式炉中从室温开始，以8℃/min的升温速率升温至100℃，再以3℃/min的升温速率升温至200℃保温20mins，保温结束后随炉自然冷却至室温将纤维体取出，用稀硫酸混合溶液洗涤5次并在60℃烘干，得到经表面硫掺杂改性的纤维体C；
其中，稀硫酸混合溶液按体积比由45％稀硫酸、25％硅溶胶和30％去离子水混合组成；
步骤四：将纤维预制体C裁剪成长度约为10～15cm，宽度约为4～8cm的长方形，采用热刷涂或热喷枪喷射的方法将聚酰胺树脂混合液和裁剪过的纤维预制体结合，并将纤维预制体依次上下对齐放置并叠加至50层，得到纤维复合体D；
其中，聚酰胺树脂混合液的温度为80℃，按体积比由40％聚酰胺树脂、10％聚乙烯醇和50％去离子水混合组成；
步骤五：借助型号为SYD-0704的热压成型机，在成型温度为80℃，成型压力为160MPa，成型周期为50mins将纤维复合体D置于模具之中压制成型，将模具和材料物理脱离后得到纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料。
从图1可以看到三维纤维体的结构致密，掺杂的二氧化钛粉体和纤维相结合紧密，化学稳定性良好。在纤维断裂的过程中，断裂口位置延展均匀，部分纤维出现了“拔出效应”，说明纤维和基体的界面结合力适当，纤维有效地协助基体分担了外来载荷的应力作用。
实施例2：
步骤一：将硅酸铝纤维布浸泡在温度为70℃的聚偏氟乙烯混合溶液中进行热填充处理1.5h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液调节溶液的PH至8.5，得到液固质量比为5：1混合前驱液A；
其中，硅酸铝纤维布是组合型针刺毡体，按质量比由60％短切原丝毡、20％无捻粗纱布和20％短切纱组合而成，组成成分按质量比包含30％硅酸铝、30％氧化锆、25％氧化钛和15％氧化铍；
所述聚偏氟乙烯混合溶液按体积比由50％乙二醇单甲醚、20％聚偏氟乙烯和30％去离子水混合组成；
所述肉桂酰胺混合溶液按质量比由60％肉桂酰胺、20％氢氧化钾和20％去离子水混合组成；
步骤二：取100g混合前驱液A移至磁感应反应釜中并加入10g纳米二氧化钛粉体，然后向磁感应反应釜中加入长、宽和高分别为3cm、2cm和2cm的铝片作为磁感应体，在800KHz的磁感应频率和400℃的磁化温度下处理8h，将改性后的纤维体取出并于90℃的紫外烘箱中烘干，得到经二氧化钛粉体表面改性的纤维体B；
步骤三：在瓷舟的底面均匀平铺一层12g的尿素粉体后将50g纤维体B移至瓷舟中，将闭口的瓷舟移至真空管式炉中从室温开始，以8℃/min的升温速率升温至100℃，再以3℃/min的升温速率升温至200℃保温30mins，保温结束后随炉自然冷却至室温将纤维体取出，用稀硫酸混合溶液洗涤6次并在80℃烘干，得到经表面硫掺杂改性的纤维体C；
其中，稀硫酸混合溶液按体积比由40％稀硫酸、30％硅溶胶和30％去离子水混合组成；
步骤四：将纤维预制体C裁剪成长度约为10～15cm，宽度约为4～8cm的长方形，采用热刷涂或热喷枪喷射的方法将聚酰胺树脂混合液和裁剪过的纤维预制体结合，并将纤维预制体依次上下对齐放置并叠加至60层，得到纤维复合体D；
其中，聚酰胺树脂混合液的温度为90℃，按体积比由60％聚酰胺树脂、10％聚乙烯醇和30％去离子水混合组成；
步骤五：借助型号为SYD-0704的热压成型机，在成型温度为100℃，成型压力为130MPa，成型周期为30mins将纤维复合体D置于模具之中压制成型，将模具和材料物理脱离后得到纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料。
从图2中可以看出裂纹在单根纤维界面处拓展时更改了路径方向，这使得复合体能够吸收更多的断裂能并承担更大的外来应力作用，综合力学性能表现较为优异。
实施例3：
步骤一：将硅酸铝纤维布浸泡在温度为80℃的聚偏氟乙烯混合溶液中进行热填充处理2h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液调节溶液的PH至9，得到液固质量比为3：1混合前驱液A；
其中，硅酸铝纤维布是组合型针刺毡体，按质量比由40％短切原丝毡、40％无捻粗纱布和20％短切纱组合而成，组成成分按质量比包含30％硅酸铝、40％氧化锆、20％氧化钛和10％氧化铍；
所述聚偏氟乙烯混合溶液按体积比由60％乙二醇单甲醚、10％聚偏氟乙烯和30％去离子水混合组成；
所述肉桂酰胺混合溶液按质量比由50％肉桂酰胺、25％氢氧化钾和25％去离子水混合组成；
步骤二：取90g混合前驱液A移至磁感应反应釜中并加入8g纳米二氧化钛粉体，然后向磁感应反应釜中加入长、宽和高分别为3cm、2cm和2cm的铝片作为磁感应体，在1000KHz的磁感应频率和200℃的磁化温度下处理10h，将改性后的纤维体取出并于100℃的紫外烘箱中烘干，得到经二氧化钛粉体表面改性的纤维体B；
步骤三：在瓷舟的底面均匀平铺一层18g的尿素粉体后将70g纤维体B移至瓷舟中，将闭口的瓷舟移至真空管式炉中从室温开始，以8℃/min的升温速率升温至100℃，再以3℃/min的升温速率升温至200℃保温40mins，保温结束后随炉自然冷却至室温将纤维体取出，用稀硫酸混合溶液洗涤8次并在90℃烘干，得到经表面硫掺杂改性的纤维体C；
其中，稀硫酸混合溶液按体积比由50％稀硫酸、25％硅溶胶和25％去离子水混合组成；
步骤四：将纤维预制体C裁剪成长度约为10～15cm，宽度约为4～8cm的长方形，采用热刷涂或热喷枪喷射的方法将聚酰胺树脂混合液和裁剪过的纤维预制体结合，并将纤维预制体依次上下对齐放置并叠加至70层，得到纤维复合体D；
其中，聚酰胺树脂混合液的温度为100℃，按体积比由50％聚酰胺树脂、15％聚乙烯醇和35％去离子水混合组成；
步骤五：借助型号为SYD-0704的热压成型机，在成型温度为120℃，成型压力为150MPa，成型周期为70mins将纤维复合体D置于模具之中压制成型，将模具和材料物理脱离后得到纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料。
将实施例3制备出的一种二氧化钛粉体/硫掺杂改性纤维体复合材料进行物理性质测试，在万能拉伸试验机上进行弯曲应力力学实验，得到下表1所示的测试结果：
表1两种材料的力学性能对比
Figure BDA0002668412160000091
上表中提及的空白样品是参照实施例1的方法，将树脂基体和未经表面改性和致密化处理的纤维体在模具热压成型制得的。通过表1中的数据的对比我们可以看出，本发明借助一系列表面处理技术，在三维纤维体的表面和经刻蚀处理的内部引入多元化官能团，有效地改善了纤维的综合力学性能，提升了纤维增强体和树脂基体的界面结合力，所得到的一种二氧化钛粉体/硫掺杂改性纤维体复合材料结构紧凑致密，具有较高的弯曲强度和剪切强度。同时，本发明的生产工序简易，具有实现大规模产业化生产的潜力，同时原料的来源广，成本也较为低廉，环境友好，具有广阔的潜在应用前景。
实施例4：
步骤一：将硅酸铝纤维布浸泡在温度为65℃的聚偏氟乙烯混合溶液中进行热填充处理1h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液调节溶液的PH至9，得到液固质量比为6：1混合前驱液A；
其中，硅酸铝纤维布是组合型针刺毡体，按质量比由50％短切原丝毡、25％无捻粗纱布和25％短切纱组合而成，组成成分按质量比包含30％硅酸铝、20％氧化锆、40％氧化钛和10％氧化铍；
所述聚偏氟乙烯混合溶液按体积比由50％乙二醇单甲醚、10％聚偏氟乙烯和40％去离子水混合组成；
所述肉桂酰胺混合溶液按质量比由40％肉桂酰胺、30％氢氧化钾和30％去离子水混合组成；
步骤二：取110g混合前驱液A移至磁感应反应釜中并加入12g纳米二氧化钛粉体，然后向磁感应反应釜中加入长、宽和高分别为3cm、2cm和2cm的铝片作为磁感应体，在900KHz的磁感应频率和300℃的磁化温度下处理8.5h，将改性后的纤维体取出并于85℃的紫外烘箱中烘干，得到经二氧化钛粉体表面改性的纤维体B；
步骤三：在瓷舟的底面均匀平铺一层15g的尿素粉体后将60g纤维体B移至瓷舟中，将闭口的瓷舟移至真空管式炉中从室温开始，以8℃/min的升温速率升温至100℃，再以3℃/min的升温速率升温至200℃保温35mins，保温结束后随炉自然冷却至室温将纤维体取出，用稀硫酸混合溶液洗涤7次并在70℃烘干，得到经表面硫掺杂改性的纤维体C；
其中，稀硫酸混合溶液按体积比由40％稀硫酸、20％硅溶胶和40％去离子水混合组成；
步骤四：将纤维预制体C裁剪成长度约为10～15cm，宽度约为4～8cm的长方形，采用热刷涂或热喷枪喷射的方法将聚酰胺树脂混合液和裁剪过的纤维预制体结合，并将纤维预制体依次上下对齐放置并叠加至80层，得到纤维复合体D；
其中，聚酰胺树脂混合液的温度为85℃，按体积比由45％聚酰胺树脂、22％聚乙烯醇和33％去离子水混合组成；
步骤五：借助型号为SYD-0704的热压成型机，在成型温度为90℃，成型压力为120MPa，成型周期为90mins将纤维复合体D置于模具之中压制成型，将模具和材料物理脱离后得到纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料。
实施例5：
步骤一：将硅酸铝纤维布浸泡在温度为75℃的聚偏氟乙烯混合溶液中进行热填充处理2h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液调节溶液的PH至8，得到液固质量比为4：1混合前驱液A；
其中，硅酸铝纤维布是组合型针刺毡体，按质量比由40％短切原丝毡、30％无捻粗纱布和30％短切纱组合而成，组成成分按质量比包含30％硅酸铝、20％氧化锆、20％氧化钛和30％氧化铍；
所述聚偏氟乙烯混合溶液按体积比由70％乙二醇单甲醚、10％聚偏氟乙烯和20％去离子水混合组成；
所述肉桂酰胺混合溶液按质量比由45％肉桂酰胺、25％氢氧化钾和30％去离子水混合组成；
步骤二：取120g混合前驱液A移至磁感应反应釜中并加入15g纳米二氧化钛粉体，然后向磁感应反应釜中加入长、宽和高分别为3cm、2cm和2cm的铝片作为磁感应体，在1100KHz的磁感应频率和350℃的磁化温度下处理9.5h，将改性后的纤维体取出并于95℃的紫外烘箱中烘干，得到经二氧化钛粉体表面改性的纤维体B；
步骤三：在瓷舟的底面均匀平铺一层20g的尿素粉体后将80g纤维体B移至瓷舟中，将闭口的瓷舟移至真空管式炉中从室温开始，以8℃/min的升温速率升温至100℃，再以3℃/min的升温速率升温至200℃保温25mins，保温结束后随炉自然冷却至室温将纤维体取出，用稀硫酸混合溶液洗涤8次并在75℃烘干，得到经表面硫掺杂改性的纤维体C；
其中，稀硫酸混合溶液按体积比由60％稀硫酸、20％硅溶胶和20％去离子水混合组成；
步骤四：将纤维预制体C裁剪成长度约为10～15cm，宽度约为4～8cm的长方形，采用热刷涂或热喷枪喷射的方法将聚酰胺树脂混合液和裁剪过的纤维预制体结合，并将纤维预制体依次上下对齐放置并叠加至60层，得到纤维复合体D；
其中，聚酰胺树脂混合液的温度为95℃，按体积比由40％聚酰胺树脂、20％聚乙烯醇和40％去离子水混合组成；
步骤五：借助型号为SYD-0704的热压成型机，在成型温度为110℃，成型压力为140MPa，成型周期为60mins将纤维复合体D置于模具之中压制成型，将模具和材料物理脱离后得到纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料。
实施例6：
步骤一：将硅酸铝纤维布浸泡在温度为80℃的聚偏氟乙烯混合溶液中进行热填充处理1h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液调节溶液的PH至8.5，得到液固质量比为7：1混合前驱液A；
其中，硅酸铝纤维布是组合型针刺毡体，按质量比由45％短切原丝毡25％无捻粗纱布和30％短切纱组合而成，组成成分按质量比包含40％硅酸铝、22％氧化锆、25％氧化钛和13％氧化铍；
所述聚偏氟乙烯混合溶液按体积比由50％乙二醇单甲醚、15％聚偏氟乙烯和35％去离子水混合组成；
所述肉桂酰胺混合溶液按质量比由40％肉桂酰胺、40％氢氧化钾和20％去离子水混合组成；
步骤二：取100g混合前驱液A移至磁感应反应釜中并加入10g纳米二氧化钛粉体，然后向磁感应反应釜中加入长、宽和高分别为3cm、2cm和2cm的铝片作为磁感应体，在1220KHz的磁感应频率和400℃的磁化温度下处理9h，将改性后的纤维体取出并于90℃的紫外烘箱中烘干，得到经二氧化钛粉体表面改性的纤维体B；
步骤三：在瓷舟的底面均匀平铺一层16g的尿素粉体后将65g纤维体B移至瓷舟中，将闭口的瓷舟移至真空管式炉中从室温开始，以8℃/min的升温速率升温至100℃，再以3℃/min的升温速率升温至200℃保温30mins，保温结束后随炉自然冷却至室温将纤维体取出，用稀硫酸混合溶液洗涤6次并在85℃烘干，得到经表面硫掺杂改性的纤维体C；
其中，稀硫酸混合溶液按体积比由40％稀硫酸、40％硅溶胶和20％去离子水混合组成；
步骤四：将纤维预制体C裁剪成长度约为10～15cm，宽度约为4～8cm的长方形，采用热刷涂或热喷枪喷射的方法将聚酰胺树脂混合液和裁剪过的纤维预制体结合，并将纤维预制体依次上下对齐放置并叠加至80层，得到纤维复合体D；
其中，聚酰胺树脂混合液的温度为90℃，按体积比由40％聚酰胺树脂、30％聚乙烯醇和30％去离子水混合组成；
步骤五：借助型号为SYD-0704的热压成型机，在成型温度为100℃，成型压力为160MPa，成型周期为80mins将纤维复合体D置于模具之中压制成型，将模具和材料物理脱离后得到纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料。

Claims (7)

1.一种纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，包括以下的步骤：
步骤一：将硅酸铝纤维布浸泡在温度为60～80℃的聚偏氟乙烯混合溶液中热填充1～2h，然后逐滴加肉桂酰胺混合溶液调节其pH值至8～9，得到液固质量比为2～7：1的混合前驱液A；
所述的聚偏氟乙烯混合溶液按体积比由50～70％乙二醇单甲醚、10～20％聚偏氟乙烯和20～40％去离子水混合组成；
步骤二：取80～120g混合前驱液A移至磁感应反应釜中并加入5～15g二氧化钛粉体，然后向磁感应反应釜中加入长、宽和高分别为3cm、2cm和2cm的铝片作为磁感应体，在600～1220KHz的磁感应频率和200～400℃的磁化温度下处理8～10h，将改性后的纤维体取出并于80～100℃的紫外烘箱中烘干，得到经二氧化钛粉体表面改性的纤维体B；
步骤三：在瓷舟的底面均匀平铺一层10～20g的焦亚硫酸钠粉体后将40～80g纤维体B移至瓷舟中，将闭口的瓷舟移至真空管式炉中进行热处理后将纤维体取出，用稀硫酸混合溶液洗涤后烘干，得到经表面硫掺杂改性的纤维体C；
所述热处理制度设置如下：从室温开始，以8℃/min的升温速率升温至100℃，再以3℃/min的升温速率升温至200℃保温20～40mins，保温阶段结束后随炉自然冷却至室温；
步骤四：将经表面硫掺杂改性的纤维体C裁剪成长度为10～15cm，宽度为4～8cm的长方形，采用热刷涂或热喷枪喷射的方法将聚酰胺树脂混合液和裁剪过的纤维预制体结合，并将纤维预制体依次上下对齐放置并叠加至50～80层，得到纤维复合体D；
步骤五：借助热压成型机将纤维复合体D置于模具之中压制成型，将模具和材料物理脱离后得到纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料。
2.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一的硅酸铝纤维布是组合型针刺毡体，按质量比由40～60％短切原丝毡、20～40％无捻粗纱布和20～40％短切纱组合而成，组成成分按质量比含30～50％硅酸铝、20～40％氧化锆、20～40％氧化钛和10～30％氧化铍。
3.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一的肉桂酰胺混合溶液按质量比由40～60％肉桂酰胺、20～40％氢氧化钾和20～40％去离子水混合组成。
4.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三稀硫酸混合溶液按体积比由40～60％稀硫酸、20～40％硅溶胶和20～40％去离子水混合组成。
5.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三用稀硫酸混合溶液洗涤5～8次并在60～90℃烘干。
6.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四聚酰胺树脂混合液的温度为80～100℃，按体积比由40～60％聚酰胺树脂、10～30％聚乙烯醇和30～50％去离子水混合组成。
7.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛/硫掺杂改性纤维体复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤五热压成型机型号为SYD-0704，成型的温度为80～120℃，成型压力为120～160MPa，成型周期为30～90mins。
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