CN104230366A - 一种活性碳纤维增强多孔复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种活性碳纤维增强多孔复合材料及其制备方法，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，孔隙可均匀存在于整个复合材料中或其中任一部分，尤其是可存在于复合材料表层。所述的基体为碳，或碳化硅，或上述两种材料的混合而成的材料。所述的孔隙的占整体材料的体积比率为5～45％。所述的复合材料，其包括活性碳纤维层以及包裹在所述活性碳纤维层外的氧化硅凝胶层。包括下述步骤：(1)包裹氧化硅凝胶层的活性碳纤维层占纤维总量的20％～95％；(2)通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基、碳化硅基复合材料；(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；(4)将复合材料真空除气、除水，或晾干，或热风烘干。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别是涉及一种活性碳纤维增强多孔复合材料及其制备方法。
背景技术
C/C 复合材料的比强度、比模量高，2000℃以上的高温仍保持其高强度、摩擦性能和抗热震性能，是最有前途的高温结构材料。然而，碳在370℃的有氧气氛中开始氧化，高于500℃时迅速氧化，导致C/C 复合材料毁灭性破坏。通过基体改性的方法，即在C 基体中添加各种抗氧化剂，可以将C/C 复合材料在空气中的抗氧化温度提高到800℃。C/SiC 复合材料具有低密度、高强度、一耐高温、抗烧蚀和抗冲刷等一系列优异性能，同时具有比C/C复合材料更好的抗氧化性。但作为实际用途上的耐高温抗氧化材料，其高温抗氧化性还远远不够。因此，对用作高温热结构材料的C/C 复合材料或者C/SiC 复合材料必须进行合适的保护。对复合材料的保护一般有两种，一种是降低材料的温度；二是在材料表面刷涂层防止氧化。
活性碳纤维是一种新型、高效、理想的多功能吸附性环保材料，特别是聚丙烯腈（PAN）基活性碳纤维结构中含氮，对硫、氮系化合物有催化作用，具有高强度和高吸附性能，使用过程中产生的粉尘少，不易燃烧，使用寿命长，在脱硫、脱硝以及许多对强度要求高的应用领域具有特殊意义。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有碳纤维增强复合材料与涂层结合弱的缺陷，提供了一种能有效提高碳纤维增强复合材料与涂层结合强度的方法。所述一种活性碳纤维增强多孔复合材料比表面积大、克重小、机械强度高，还具有隔热、防毒、阻燃的多功能特性。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：提供一种活性碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，其特征在于孔隙可均匀存在于整个复合材料中或其中任一部分，尤其是可存在于复合材料表层。所述的基体为碳，或碳化硅，或上述两种材料的混合而成的材料。所述的孔隙的占整体材料的体积比率为5～45％。所述的复合材料，其包括活性碳纤维层以及包裹在所述活性碳纤维层外的氧化硅凝胶层。
所述活性碳纤维复合材料中二氧化硅的含量为5～45wt%。所述活性碳纤维层的比表面积为500～2500m2/g。
所述活性碳纤维层为为聚丙烯腈基活性碳纤维、酚醛基活性碳纤维、粘胶基活性碳纤维、沥青基活性碳纤维、纤维素基活性碳纤维中的一种。
本发明还公开了一种活性碳纤维增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)包裹氧化硅凝胶层的活性碳纤维层占纤维总量的20％～95％；
(2)通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基、碳化硅基复合材料；
(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；
(4)将复合材料真空除气、除水，或晾干，或热风烘干；
(5)得到碳纤维增强多孔复合材料。
本发明的有益效果：碳纤维增强多孔复合材料表面有孔隙，可将涂层引入或嵌入，利用机械咬合的方式提高了结合强度，本发明提供的一种活性碳纤维增强多孔复合材料制备方法简单可行，成本低廉。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
一种活性碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，其特征在于孔隙可均匀存在于整个复合材料中或其中任一部分，尤其是可存在于复合材料表层。所述的基体为碳，或碳化硅，或上述两种材料的混合而成的材料。所述的孔隙的占整体材料的体积比率为10％。所述的复合材料，其包括活性碳纤维层以及包裹在所述活性碳纤维层外的氧化硅凝胶层。
所述活性碳纤维复合材料中二氧化硅的含量为10wt%。所述活性碳纤维层的比表面积为1000m2/g。
所述活性碳纤维层为为聚丙烯腈基活性碳纤维。
本发明包括下述顺序的步骤：
(1)包裹氧化硅凝胶层的活性碳纤维层占纤维总量的25％；
(2)通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基、碳化硅基复合材料；
(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；
(4)将复合材料真空除气、除水，或晾干，或热风烘干；
(5)得到碳纤维增强多孔复合材料。
实施例2
一种活性碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，其特征在于孔隙可均匀存在于整个复合材料中或其中任一部分，尤其是可存在于复合材料表层。所述的基体为碳，或碳化硅，或上述两种材料的混合而成的材料。所述的孔隙的占整体材料的体积比率为20％。所述的复合材料，其包括活性碳纤维层以及包裹在所述活性碳纤维层外的氧化硅凝胶层。
所述活性碳纤维复合材料中二氧化硅的含量为20wt%。所述活性碳纤维层的比表面积为1500m2/g。
所述活性碳纤维层为为聚丙烯腈基活性碳纤维、酚醛基活性碳纤维、粘胶基活性碳纤维、沥青基活性碳纤维、纤维素基活性碳纤维中的一种。
本发明还公开了一种活性碳纤维增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)包裹氧化硅凝胶层的活性碳纤维层占纤维总量的50％；
(2)通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基、碳化硅基复合材料；
(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；
(4)将复合材料真空除气、除水，或晾干，或热风烘干；
(5)得到碳纤维增强多孔复合材料。
实施例3
一种活性碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，其特征在于孔隙可均匀存在于整个复合材料中或其中任一部分，尤其是可存在于复合材料表层。所述的基体为碳，或碳化硅，或上述两种材料的混合而成的材料。所述的孔隙的占整体材料的体积比率为40％。所述的复合材料，其包括活性碳纤维层以及包裹在所述活性碳纤维层外的氧化硅凝胶层。
所述活性碳纤维复合材料中二氧化硅的含量为40wt%。所述活性碳纤维层的比表面积为2000m2/g。
所述活性碳纤维层为为聚丙烯腈基活性碳纤维、酚醛基活性碳纤维、粘胶基活性碳纤维、沥青基活性碳纤维、纤维素基活性碳纤维中的一种。
本发明还公开了一种活性碳纤维增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)包裹氧化硅凝胶层的活性碳纤维层占纤维总量的90％；
(2)通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基、碳化硅基复合材料；
(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；
(4)将复合材料真空除气、除水，或晾干，或热风烘干；
(5)得到碳纤维增强多孔复合材料。
Claims (1)
1.一种活性碳纤维增强多孔复合材料及其制备方法，其特征在于一种活性碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，孔隙可均匀存在于整个复合材料中或其中任一部分，尤其是可存在于复合材料表层；所述的基体为碳，或碳化硅，或上述两种材料的混合而成的材料；所述的孔隙的占整体材料的体积比率为5～45％；所述的复合材料，其包括活性碳纤维层以及包裹在所述活性碳纤维层外的氧化硅凝胶层。
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