阅读说明：本技术 一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料及其制备方法 (Carbon fiber felt reinforced inorganic polymer matrix composite material and preparation method thereof ) 是由 王亚萍 王炳奎 于 2020-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料及其制备方法,其中的碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料的制备方法包括以下步骤：S1：称量偏高岭土粉体80-84份、氢氧化钾42-46份、无水乙醇5-9份、碳纤维1-5份、过硫酸钾5-9份、硅烷偶联剂26-30份、四氟丙烯15-19份、聚有机硅氧烷12-16份、二甲醚10-14份和去离子水11-15份,待用；S2：将氢氧化钾、过硫酸钾、四氟丙烯、聚有机硅氧烷、二甲醚和去离子水加入到混合机中进行搅拌处理,在搅拌的过程中逐步添加偏高岭土粉体,得到混合料。本发明制备工艺简单,制作成本低,制得的碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料耐热性能较好,能够在较高温度下稳定使用,强度高。(The invention discloses a carbon fiber felt reinforced inorganic polymer matrix composite material and a preparation method thereof, wherein the preparation method of the carbon fiber felt reinforced inorganic polymer matrix composite material comprises the following steps: s1: weighing 80-84 parts of metakaolin powder, 42-46 parts of potassium hydroxide, 5-9 parts of absolute ethyl alcohol, 1-5 parts of carbon fiber, 5-9 parts of potassium persulfate, 26-30 parts of silane coupling agent, 15-19 parts of tetrafluoropropene, 12-16 parts of polyorganosiloxane, 10-14 parts of dimethyl ether and 11-15 parts of deionized water for later use; s2: adding potassium hydroxide, potassium persulfate, tetrafluoropropene, polyorganosiloxane, dimethyl ether and deionized water into a mixer for stirring treatment, and gradually adding metakaolin powder in the stirring process to obtain a mixture. The preparation method disclosed by the invention is simple in preparation process and low in preparation cost, and the prepared carbon fiber felt reinforced inorganic polymer matrix composite material is good in heat resistance, can be stably used at a high temperature and is high in strength.)

一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机聚合物基复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料及其制备方法。

背景技术

无机聚合物材料具有耐高温、耐热、密度低、成本低并且阻燃性能好等特点，并且制备温度低、工艺简单、消耗能耗少，在建筑和耐火材料及航空领域均已有所应用。然而，无机聚合物材料本身固有脆性、韧性差、机械强度低等因素严重限制了其应用范围。

碳纤维毡作为碳纤维的三维形式，具有比表面积大，吸附性能好，并且具有来源广泛，成本低廉等优点。

目前碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料制作成本高，耐热性能较差，不能够在较高温度下稳定使用，同时强度低。

发明内容

基于背景技术存在碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料制作成本高，耐热性能较差，不能够在较高温度下稳定使用，同时强度低的技术问题，本发明提出了一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料及其制备方法。

本发明提出的一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料，包括以下重量份的原料：偏高岭土粉体80-84份、氢氧化钾42-46份、无水乙醇5-9份、碳纤维1-5份、过硫酸钾5-9份、硅烷偶联剂26-30份、四氟丙烯15-19份、聚有机硅氧烷12-16份、二甲醚10-14份和去离子水11-15份。

优选地，包括以下重量份的原料：偏高岭土粉体81-83份、氢氧化钾43-45份、无水乙醇6-8份、碳纤维2-4份、过硫酸钾6-8份、硅烷偶联剂27-29份、四氟丙烯16-18份、聚有机硅氧烷13-15份、二甲醚11-13份和去离子水12-14份。

优选地，包括以下重量份的原料：偏高岭土粉体82份、氢氧化钾44份、无水乙醇7份、碳纤维3份、过硫酸钾7份、硅烷偶联剂28份、四氟丙烯17份、聚有机硅氧烷14份、二甲醚12份和去离子水13份。

一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：称量偏高岭土粉体80-84份、氢氧化钾42-46份、无水乙醇5-9份、碳纤维1-5份、过硫酸钾5-9份、硅烷偶联剂26-30份、四氟丙烯15-19份、聚有机硅氧烷12-16份、二甲醚10-14份和去离子水11-15份，待用；

S2：将氢氧化钾、过硫酸钾、四氟丙烯、聚有机硅氧烷、二甲醚和去离子水加入到混合机中进行搅拌处理，在搅拌的过程中逐步添加偏高岭土粉体，得到混合料；

S3：将无水乙醇和硅烷偶联剂添加到搅拌机中进行搅拌处理，搅拌完成后将碳纤维放入到搅拌机中进行浸泡；

S4：将浸泡后的碳纤维从搅拌机中取出，然后将碳纤维放入烘干机中进行烘干处理；

S5：将烘干后的碳纤维进行压紧制片，然后将S2中的混合料均匀的涂抹在碳纤维上；

S6：将S5中的碳纤维进行压紧处理，压紧完成后对碳纤维进行烘干处理，得到碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料。

优选地，所述S2中，混合机的容积为0.5-40L，混合机的转速设置为120-140r/min。

优选地，所述S3中，搅拌机的转速设置为60-80r/min，搅拌机的搅拌时间设置为10-15min，浸泡的时间设置为80-100min。

优选地，所述S4中，烘干机的温度设置为120-160℃，烘干时间设置为70-90min。

优选地，所述S6中，压紧处理的时间设置为2-3h，烘干温度设置为60-80℃，烘干时间设置为5-8h。

本发明的有益效果：首先将氢氧化钾、过硫酸钾、四氟丙烯、聚有机硅氧烷、二甲醚和去离子水加入到混合机中进行搅拌处理，并加入偏高岭土粉体，得到混合料，然后将碳纤维放入到无水乙醇和硅烷偶联剂的混合液中进行浸泡，再将混合料涂抹在碳纤维上，然后对碳纤维进行压紧烘干，制作成本低，制得的碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料耐热性能较好，能够在较高温度下稳定使用，强度高。

本发明制备工艺简单，制作成本低，制得的碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料耐热性能较好，能够在较高温度下稳定使用，强度高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例一

本实施例中提出了一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料，包括以下重量份的原料：偏高岭土粉体80份、氢氧化钾42份、无水乙醇5份、碳纤维1份、过硫酸钾5份、硅烷偶联剂26份、四氟丙烯15份、聚有机硅氧烷12份、二甲醚10份和去离子水11份；

其制备方法包括以下步骤：

S1：称量偏高岭土粉体80份、氢氧化钾42份、无水乙醇5份、碳纤维1份、过硫酸钾5份、硅烷偶联剂26份、四氟丙烯15份、聚有机硅氧烷12份、二甲醚10份和去离子水11份，待用；

S2：将氢氧化钾、过硫酸钾、四氟丙烯、聚有机硅氧烷、二甲醚和去离子水加入到混合机中进行搅拌处理，在搅拌的过程中逐步添加偏高岭土粉体，得到混合料；

S3：将无水乙醇和硅烷偶联剂添加到搅拌机中进行搅拌处理，搅拌完成后将碳纤维放入到搅拌机中进行浸泡；

S4：将浸泡后的碳纤维从搅拌机中取出，然后将碳纤维放入烘干机中进行烘干处理；

S5：将烘干后的碳纤维进行压紧制片，然后将S2中的混合料均匀的涂抹在碳纤维上；

S6：将S5中的碳纤维进行压紧处理，压紧完成后对碳纤维进行烘干处理，得到碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料。

本实施例中，S2中，混合机的容积为0.5L，混合机的转速设置为120r/min，S3中，搅拌机的转速设置为60r/min，搅拌机的搅拌时间设置为10min，浸泡的时间设置为80min，S4中，烘干机的温度设置为120℃，烘干时间设置为70min，S6中，压紧处理的时间设置为2h，烘干温度设置为60℃，烘干时间设置为5h。

实施例二

本实施例中提出了一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料，包括以下重量份的原料：偏高岭土粉体81份、氢氧化钾43份、无水乙醇6份、碳纤维2份、过硫酸钾6份、硅烷偶联剂27份、四氟丙烯16份、聚有机硅氧烷13份、二甲醚11份和去离子水12份；

其制备方法包括以下步骤：

S1：称量偏高岭土粉体81份、氢氧化钾43份、无水乙醇6份、碳纤维2份、过硫酸钾6份、硅烷偶联剂27份、四氟丙烯16份、聚有机硅氧烷13份、二甲醚11份和去离子水12份，待用；

S2：将氢氧化钾、过硫酸钾、四氟丙烯、聚有机硅氧烷、二甲醚和去离子水加入到混合机中进行搅拌处理，在搅拌的过程中逐步添加偏高岭土粉体，得到混合料；

S3：将无水乙醇和硅烷偶联剂添加到搅拌机中进行搅拌处理，搅拌完成后将碳纤维放入到搅拌机中进行浸泡；

S4：将浸泡后的碳纤维从搅拌机中取出，然后将碳纤维放入烘干机中进行烘干处理；

S5：将烘干后的碳纤维进行压紧制片，然后将S2中的混合料均匀的涂抹在碳纤维上；

S6：将S5中的碳纤维进行压紧处理，压紧完成后对碳纤维进行烘干处理，得到碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料。

本实施例中，S2中，混合机的容积为10L，混合机的转速设置为125r/min，S3中，搅拌机的转速设置为65r/min，搅拌机的搅拌时间设置为11min，浸泡的时间设置为85min，S4中，烘干机的温度设置为130℃，烘干时间设置为75min，S6中，压紧处理的时间设置为2h，烘干温度设置为65℃，烘干时间设置为5h。

实施例三

本实施例中提出了一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料，包括以下重量份的原料：偏高岭土粉体82份、氢氧化钾44份、无水乙醇7份、碳纤维3份、过硫酸钾7份、硅烷偶联剂28份、四氟丙烯17份、聚有机硅氧烷14份、二甲醚12份和去离子水13份；

其制备方法包括以下步骤：

S1：称量偏高岭土粉体82份、氢氧化钾44份、无水乙醇7份、碳纤维3份、过硫酸钾7份、硅烷偶联剂28份、四氟丙烯17份、聚有机硅氧烷14份、二甲醚12份和去离子水13份，待用；

S2：将氢氧化钾、过硫酸钾、四氟丙烯、聚有机硅氧烷、二甲醚和去离子水加入到混合机中进行搅拌处理，在搅拌的过程中逐步添加偏高岭土粉体，得到混合料；

S3：将无水乙醇和硅烷偶联剂添加到搅拌机中进行搅拌处理，搅拌完成后将碳纤维放入到搅拌机中进行浸泡；

S4：将浸泡后的碳纤维从搅拌机中取出，然后将碳纤维放入烘干机中进行烘干处理；

S5：将烘干后的碳纤维进行压紧制片，然后将S2中的混合料均匀的涂抹在碳纤维上；

S6：将S5中的碳纤维进行压紧处理，压紧完成后对碳纤维进行烘干处理，得到碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料。

本实施例中，S2中，混合机的容积为20L，混合机的转速设置为130r/min，S3中，搅拌机的转速设置为70r/min，搅拌机的搅拌时间设置为13min，浸泡的时间设置为90min，S4中，烘干机的温度设置为150℃，烘干时间设置为80min，S6中，压紧处理的时间设置为2h，烘干温度设置为70℃，烘干时间设置为6h。

实施例四

本实施例中提出了一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料，包括以下重量份的原料：偏高岭土粉体83份、氢氧化钾45份、无水乙醇8份、碳纤维4份、过硫酸钾8份、硅烷偶联剂29份、四氟丙烯18份、聚有机硅氧烷17份、二甲醚13份和去离子水14份；

其制备方法包括以下步骤：

S1：称量偏高岭土粉体83份、氢氧化钾45份、无水乙醇8份、碳纤维4份、过硫酸钾8份、硅烷偶联剂29份、四氟丙烯18份、聚有机硅氧烷17份、二甲醚13份和去离子水14份，待用；

S2：将氢氧化钾、过硫酸钾、四氟丙烯、聚有机硅氧烷、二甲醚和去离子水加入到混合机中进行搅拌处理，在搅拌的过程中逐步添加偏高岭土粉体，得到混合料；

S3：将无水乙醇和硅烷偶联剂添加到搅拌机中进行搅拌处理，搅拌完成后将碳纤维放入到搅拌机中进行浸泡；

S4：将浸泡后的碳纤维从搅拌机中取出，然后将碳纤维放入烘干机中进行烘干处理；

S5：将烘干后的碳纤维进行压紧制片，然后将S2中的混合料均匀的涂抹在碳纤维上；

S6：将S5中的碳纤维进行压紧处理，压紧完成后对碳纤维进行烘干处理，得到碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料。

本实施例中，S2中，混合机的容积为30L，混合机的转速设置为135r/min，S3中，搅拌机的转速设置为75r/min，搅拌机的搅拌时间设置为14min，浸泡的时间设置为95min，S4中，烘干机的温度设置为155℃，烘干时间设置为85min，S6中，压紧处理的时间设置为3h，烘干温度设置为75℃，烘干时间设置为7h。

实施例五

本实施例中提出了一种碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料，包括以下重量份的原料：偏高岭土粉体84份、氢氧化钾46份、无水乙醇9份、碳纤维5份、过硫酸钾9份、硅烷偶联剂30份、四氟丙烯19份、聚有机硅氧烷16份、二甲醚14份和去离子水15份；

其制备方法包括以下步骤：

S1：称量偏高岭土粉体84份、氢氧化钾46份、无水乙醇9份、碳纤维5份、过硫酸钾9份、硅烷偶联剂30份、四氟丙烯19份、聚有机硅氧烷16份、二甲醚14份和去离子水15份，待用；

S2：将氢氧化钾、过硫酸钾、四氟丙烯、聚有机硅氧烷、二甲醚和去离子水加入到混合机中进行搅拌处理，在搅拌的过程中逐步添加偏高岭土粉体，得到混合料；

S3：将无水乙醇和硅烷偶联剂添加到搅拌机中进行搅拌处理，搅拌完成后将碳纤维放入到搅拌机中进行浸泡；

S4：将浸泡后的碳纤维从搅拌机中取出，然后将碳纤维放入烘干机中进行烘干处理；

S5：将烘干后的碳纤维进行压紧制片，然后将S2中的混合料均匀的涂抹在碳纤维上；

S6：将S5中的碳纤维进行压紧处理，压紧完成后对碳纤维进行烘干处理，得到碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料。

本实施例中，S2中，混合机的容积为40L，混合机的转速设置为140r/min，S3中，搅拌机的转速设置为80r/min，搅拌机的搅拌时间设置为15min，浸泡的时间设置为100min，S4中，烘干机的温度设置为160℃，烘干时间设置为90min，S6中，压紧处理的时间设置为3h，烘干温度设置为80℃，烘干时间设置为8h。

碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料的研究：

选取实施例一到实施例五中制取的碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料，

结果表明，采用本发明制备的碳纤维毡增强无机聚合物基复合材料耐热性能较好，能够在较高温度下稳定使用，强度高，并且实施例三为最佳实施例。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。