CN114855307A - 一种碳纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料制备技术领域，且公开了一种碳纤维复合材料及其制备方法，包括聚丙烯腈纤维原丝、沥青纤维原丝以及酚醛纤维原丝，其聚丙烯腈纤维原丝、沥青限位原丝以及酚醛纤维原丝的比例为3：3：2，通过氧化炉预氧化过程由线型分子链转化为耐热的梯形结构，为以后的碳化过程起固氧固碳的作用。在此过程中发生一系列的环化、氧化和脱氢等反应，原先的o键为主的直链结构形成大量的离域T电子，并在六个温区下进行80‑100min时长的处理，使得其形成生色的共辄结构，聚丙烯腈在发生化学反应时脱去大量小分子，发生结构变化，保证了预氧丝的强度。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体为一种碳纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
复合材料是以碳纤维及其织物或碳毡增强的碳基体复合材料，具有低密度、高强度、高导热性、低膨胀系数，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，使其成为当今1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度高达2600℃，因此被认为是最有发展前途的高温材料之一，应用前景广阔。
传统的碳纤维复合材料在制备的过程中进行预处理前后时，其表面经过上油处理以后会含有一定的潮湿度，其表面的潮湿容易影响后期预处理的效果，从而导致材料的性能效果，为此提出一种碳纤维复合材料及其制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳纤维复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳纤维复合材料，包括聚丙烯腈纤维原丝、沥青纤维原丝以及酚醛纤维原丝，其聚丙烯腈纤维原丝、沥青限位原丝以及酚醛纤维原丝的比例为3：3：2。
一种碳纤维复合材料制备方法，其制备方法包括以下步骤：
S01、原料上油：将原料纤维进行退丝上油处理；
S02、干燥处理：通过卧式干燥炉对原丝进行干燥处理；
S03、预氧化：通过预氧化炉对原丝进行环化、氧化以及脱氢等反应；
S04、低温处理：通过低温炭化炉进行低温处理；
S05、高温处理：通过高温炭化炉进行高温处理；
S06、表面处理；
S07、水洗干燥；
S08、上浆干燥。
优选的，根据步骤S01所提出的，上油的材料为亚甲基丁二酸，且原料和油的配比为1：0.6。
优选的，根据步骤S02所提出的，将上油后的原丝原料通过集线板置入卧式干燥炉，干燥时间为10-15min。
优选的，根据步骤S03中所提出的，原丝经过氧化炉预氧化过程由线型分子链转化为耐热的梯型结构，为以后的碳化过程起固氧固碳的作用。在此过程中发生一系列的环化、氧化和脱氢等反应，原先的o键为主的直链结构形成大量的离域T电子，形成生色的共辄结构，其预氧化的温度为200℃-300℃，且分为六个温度区，总时间为80-100min，六个温度区如下：
1)、200℃-230℃：
2)、225℃-240℃；
3)、235℃-255℃；
4)、250℃-270℃；
5)、265℃-285℃；
6)、280℃-300℃。
优选的，根据步骤S04所提出的，低温处理为300℃-1100℃，处理时间问45-60min。
优选的，根据步骤S05所提出的，高温处理为1100℃-1600℃，处理时间问60-70min。
优选的，根据步骤S06所提出的，使用阳极电极氧化法，用脉冲通电的方法进行表面处理，使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团，表面处理中通-10V电压，形成25A左右的电流，采用碳酸氢铵中性电解质进行表面处理。
优选的，根据步骤S07所提出的，采用浸渍法对碳丝进行清洗，将碳丝表面的电解液等杂质清洗掉，干燥前水洗中水温设定在50℃-60℃，水洗后干燥的温度设定在100℃-110℃。
优选的，根据步骤S08所提出的，通过上浆设备对其进行上浆工作时，保证上浆均匀，上浆完成后静置10-20min，上浆干燥的温度为180℃-190℃，干燥时间为30-35min。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种碳纤维复合材料及其制备方法，具备以下有益效果：
1、通过氧化炉预氧化过程由线型分子链转化为耐热的梯型结构，为以后的碳化过程起固氧固碳的作用。在此过程中发生一系列的环化、氧化和脱氢等反应，原先的o键为主的直链结构形成大量的离域T电子，并在六个温区下进行80-100min时长的处理，使得其形成生色的共辄结构，聚丙烯腈在发生化学反应时脱去大量小分子，发生结构变化，保证了预氧丝的强度；
2、使用阳极电极氧化法，用脉冲通电的方法进行表面处理，使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团，表面处理中通-10V电压，形成25A左右的电流，采用碳酸氢铵中性电解质进行表面处理，使其能形成更好的接触表面。使用阳极电极氧化法，采用浸渍法对碳丝进行清洗，将碳丝表面的电解液等杂质清洗掉，干燥前水洗中水温设定在50℃-60℃，水洗后干燥的温度设定在100℃-110℃，通过上浆设备对其进行上浆工作时，保证上浆均匀，上浆完成后静置10-20min，上浆干燥的温度为180℃-190℃，干燥时间为30-35min，使得碳纤维复合材料具有更好的抗热冲击以及稳定性。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一个技术方案，如图1所示，一种碳纤维复合材料，包括聚丙烯腈纤维原丝、沥青纤维原丝以及酚醛纤维原丝，其聚丙烯腈纤维原丝沥青限位原丝以及酚醛纤维原丝的比例为3：3：2。
一种碳纤维复合材料制备方法，其制备方法包括以下步骤：
S01、原料上油：将原料纤维进行退丝上油处理；
S02、干燥处理：通过卧式干燥炉对原丝进行干燥处理；
S03、预氧化：通过预氧化炉对原丝进行环化、氧化以及脱氢等反应；
S04、低温处理：通过低温炭化炉进行低温处理；
S05、高温处理：通过高温炭化炉进行高温处理；
S06、表面处理；
S07、水洗干燥；
S08、上浆干燥。
具体的，根据步骤S01所提出的，上油的材料为亚甲基丁二酸，且原料和油的配比为1：0.6。
具体的，根据步骤S02所提出的，将上油后的原丝原料通过集线板置入卧式干燥炉，干燥时间为10-15min。
具体的，根据步骤S03中所提出的，原丝经过氧化炉预氧化过程由线型分子链转化为耐热的梯型结构，为以后的碳化过程起固氧固碳的作用。在此过程中发生一系列的环化、氧化和脱氢等反应，原先的o键为主的直链结构形成大量的离域T电子，形成生色的共辄结构，其预氧化的温度为200℃-300℃，且分为六个温度区，总时间为80-100min，六个温度区如下：
1)、200℃-230℃：
2)、225℃-240℃；
3)、235℃-255℃；
4)、250℃-270℃；
5)、265℃-285℃；
6)、280℃-300℃。
具体的，根据步骤S04所提出的，低温处理为300℃-1100℃，处理时间问45-60min。
具体的，根据步骤S05所提出的，高温处理为1100℃-1600℃。
具体的，根据步骤S06所提出的，使用阳极电极氧化法，用脉冲通电的方法进行表面处理，使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团，表面处理中通-10V电压，形成25A左右的电流，采用碳酸氢铵中性电解质进行表面处理。
具体的，根据步骤S07所提出的，采用浸渍法对碳丝进行清洗，将碳丝表面的电解液等杂质清洗掉，干燥前水洗中水温设定在50℃-60℃，水洗后干燥的温度设定在100℃-110℃。
具体的，根据步骤S08所提出的，通过上浆设备对其进行上浆工作时，保证上浆均匀，上浆完成后静置10-20min，上浆干燥的温度为180℃-190℃，干燥时间为30-35min。
工作原理：将比例为3的聚丙烯腈纤维原丝，比例为3的沥青限位原丝以及比例为2的酚醛纤维原丝经过亚甲基丁二酸以1：0.6上油比例进行上油，上油后的原丝原料通过集线板置入卧式干燥炉，干燥时间为10-15min，原丝经过氧化炉预氧化过程由线型分子链转化为耐热的梯形结构，为以后的碳化过程起固氧固碳的作用。在此过程中发生一系列的环化、氧化和脱氢等反应，原先的o键为主的直链结构形成大量的离域T电子，并在六个温区下进行80-100min时长的处理，使得其形成生色的共辄结构，聚丙烯腈在发生化学反应时脱去大量小分子，发生结构变化，保证了预氧丝的强度；
其预氧化的温度为200℃-300℃，且分为六个温度区，总时间为80-100min，六个温度区如下：200℃-230℃：225℃-240℃；235℃-255℃；250℃-270℃；265℃-285℃；280℃-300℃；
低温处理为300℃-1100℃，处理时间问45-60min；高温处理为1100℃-1600℃，处理时间问60-70min，使用阳极电极氧化法，用脉冲通电的方法进行表面处理，使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团，表面处理中通-10V电压，形成25A左右的电流，采用碳酸氢铵中性电解质进行表面处理，采用浸渍法对碳丝进行清洗，将碳丝表面的电解液等杂质清洗掉，干燥前水洗中水温设定在50℃-60℃，水洗后干燥的温度设定在100℃-110℃，通过上浆设备对其进行上浆工作时，保证上浆均匀，上浆完成后静置10-20min，上浆干燥的温度为180℃-190℃，干燥时间为30-35min，使得碳纤维复合材料具有更好的抗热冲击以及稳定性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种碳纤维复合材料，其特征在于：包括聚丙烯腈纤维原丝、沥青纤维原丝以及酚醛纤维原丝，其聚丙烯腈纤维原丝、沥青限位原丝以及酚醛纤维原丝的比例为3：3：2。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
S01、原料上油：将原料纤维进行退丝上油处理；
S02、干燥处理：通过卧式干燥炉对原丝进行干燥处理；
S03、预氧化：通过预氧化炉对原丝进行环化、氧化以及脱氢等反应；
S04、低温处理：通过低温炭化炉进行低温处理；
S05、高温处理：通过高温炭化炉进行高温处理；
S06、表面处理；
S07、水洗干燥；
S08、上浆干燥。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：根据步骤S01所提出的，上油的材料为亚甲基丁二酸，且原料和油的配比为1：0.6。
4.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：根据步骤S02所提出的，将上油后的原丝原料通过集线板置入卧式干燥炉，干燥时间为10-15min。
5.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：根据步骤S03中所提出的，原丝经过氧化炉预氧化过程由线型分子链转化为耐热的梯形结构，为以后的碳化过程起固氧固碳的作用。在此过程中发生一系列的环化、氧化和脱氢等反应，原先的o键为主的直链结构形成大量的离域T电子，形成生色的共辄结构，其预氧化的温度为200℃-300℃，且分为六个温度区，总时间为80-100min，六个温度区如下：
1)、200℃-230℃：
2)、225℃-240℃；
3)、235℃-255℃；
4)、250℃-270℃；
5)、265℃-285℃；
6)、280℃-300℃。
6.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：根据步骤S04所提出的，低温处理为300℃-1100℃，处理时间问45-60min。
7.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：根据步骤S05所提出的，高温处理为1100℃-1600℃，处理时间问60-70min。
8.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：根据步骤S06所提出的，使用阳极电极氧化法，用脉冲通电的方法进行表面处理，使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团，表面处理中通-10V电压，形成25A左右的电流，采用碳酸氢铵中性电解质进行表面处理。
9.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：根据步骤S07所提出的，采用浸渍法对碳丝进行清洗，将碳丝表面的电解液等杂质清洗掉，干燥前水洗中水温设定在50℃-60℃，水洗后干燥的温度设定在100℃-110℃。
10.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：根据步骤S08所提出的，通过上浆设备对其进行上浆工作时，保证上浆均匀，上浆完成后静置10-20min，上浆干燥的温度为180℃-190℃，干燥时间为30-35min。
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