[go: up one dir, main page]

CN116289238B - 一种碳纤维硬毡表面涂层及其制备工艺 - Google Patents

一种碳纤维硬毡表面涂层及其制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN116289238B
CN116289238B CN202310398370.4A CN202310398370A CN116289238B CN 116289238 B CN116289238 B CN 116289238B CN 202310398370 A CN202310398370 A CN 202310398370A CN 116289238 B CN116289238 B CN 116289238B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fiber
powder
hard felt
coating
surface coating
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
Application number
CN202310398370.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116289238A (zh
Inventor
曾国伟
朱海翔
黄水霞
乔晓东
王伟亮
郑兴都
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Xinghui New Material Technology Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Xinghui New Material Technology Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Xinghui New Material Technology Co ltd filed Critical Zhejiang Xinghui New Material Technology Co ltd
Publication of CN116289238A publication Critical patent/CN116289238A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116289238B publication Critical patent/CN116289238B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/0002—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the substrate
    • D06N3/0011—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the substrate using non-woven fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/0002—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the substrate
    • D06N3/0015—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the substrate using fibres of specified chemical or physical nature, e.g. natural silk
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/0056—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the compounding ingredients of the macro-molecular coating
    • D06N3/0059—Organic ingredients with special effects, e.g. oil- or water-repellent, antimicrobial, flame-resistant, magnetic, bactericidal, odour-influencing agents; perfumes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/0056—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the compounding ingredients of the macro-molecular coating
    • D06N3/0063—Inorganic compounding ingredients, e.g. metals, carbon fibres, Na2CO3, metal layers; Post-treatment with inorganic compounds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/007—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by mechanical or physical treatments
    • D06N3/0077—Embossing; Pressing of the surface; Tumbling and crumbling; Cracking; Cooling; Heating, e.g. mirror finish
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/0086—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the application technique
    • D06N3/0088—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the application technique by directly applying the resin
    • D06N3/009—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the application technique by directly applying the resin by spraying components on the web
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/12—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof with macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. gelatine proteins
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N2201/00—Chemical constitution of the fibres, threads or yarns
    • D06N2201/08—Inorganic fibres
    • D06N2201/087—Carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N2209/00—Properties of the materials
    • D06N2209/06—Properties of the materials having thermal properties
    • D06N2209/067—Flame resistant, fire resistant
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N2209/00—Properties of the materials
    • D06N2209/10—Properties of the materials having mechanical properties
    • D06N2209/103—Resistant to mechanical forces, e.g. shock, impact, puncture, flexion, shear, compression, tear
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N2209/00—Properties of the materials
    • D06N2209/14—Properties of the materials having chemical properties
    • D06N2209/143—Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion resistant
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N2209/00—Properties of the materials
    • D06N2209/16—Properties of the materials having other properties
    • D06N2209/1685—Wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种碳纤维硬毡表面涂层及其制备工艺。本申请以树脂、石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、二氧化硅粉为原料能均匀涂覆在碳/碳复合材料表面，形成良好的分散形态，增加涂层与基体的结合力，防止涂层在高温环境下脱落。本发明还提供了其制备方法。与现有技术相比，本发明制备的碳纤维硬毡表面涂层具有耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽腐蚀、抗腐蚀等性能。

Description

一种碳纤维硬毡表面涂层及其制备工艺
技术领域
本发明涉及碳基复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维硬毡表面涂层及其制备工艺。
背景技术
碳/碳复合材料是一种高性能、高强度的复合材料，由碳纤维和碳基矩阵材料组成。它们具有很高的耐热性、耐腐蚀性、机械强度和抗磨损性能，因此被广泛应用于高温、高速、高载荷等恶劣环境下的航空、航天、航海、汽车、体育器材等领域。以下是碳/碳复合材料研究领域的一些进展：
(1)新材料的开发：研究人员正在开发新的碳纤维和矩阵材料，以提高复合材料的性能和降低成本。其中包括基于聚合物和金属的新型矩阵材料。
(2)结构优化：研究人员正在开发新的设计方法和仿真技术，以优化复合材料的结构和性能。其中包括基于多尺度模拟和深度学习的新型设计方法。
(3)制造技术：研究人员正在开发新的制造技术，以提高碳/碳复合材料的制造效率和质量。其中包括基于自动化和机器学习的新型制造技术。
(4)应用拓展：研究人员正在拓展碳/碳复合材料的应用领域，包括体育器材、医疗器械、建筑材料等领域。其中，碳/碳复合材料在医疗器械领域中的应用正在获得越来越多的关注。
总的来说，碳/碳复合材料的研究进展正在不断推动其性能的提高和应用领域的拓展。
碳/碳复合材料在800℃时，活性点发生的氧化反应更加剧烈，碳/碳复合材料界面处遭到破坏，纤维强度降低，碳基体的连接和传载能力不断削弱，在材料表面和内部形成大量热损伤裂纹，裂纹扩展，材料被破坏。
CN110498684A专利提供了一种碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)初坯材质的选择与制作：机械加工至尺寸精度，得到初坯样品；(2)初坯样品的预处理：打磨抛光、超声波清洗后烘干待用；(3)初坯样品进行打底预处理：表面均匀地涂刷打底料，再置于烘箱中进行烘干处理；(4)涂刷涂层浆料：涂刷碳化硅涂层浆料，烘干处理；(5)烧结处理：对烘干处理后的初坯样品进行气氛烧结处理；烧结处理完后初坯样品表面生成了一层致密的碳化硅涂层。该申请碳/碳复合材料界面处遭到破坏，纤维强度降低，碳基体的连接和传载能力不断削弱，高温抗氧化、耐硅蒸汽腐蚀能力弱，进一步影响碳/材料的性能。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种碳纤维硬毡表面涂层，其特征在于：包括树脂、石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉、无水乙醇、水。
优选的，一种碳纤维硬毡表面涂层，由以下重量百分比原料组成：5-7.1wt％树脂、4-4.4wt％石墨粉、20-22wt％碳化硅粉、1.5-1.7wt％碳纤维粉、1-1.2wt％二氧化硅粉、12.5-13.1wt％无水乙醇、余量为水。
优选的，所述树脂为酚醛树脂。
本申请以碳化硅作为涂层的主要材料，具有强度高、耐磨性、耐腐蚀性优异等特点，其次，碳化硅的热膨胀系数不大，与碳材料之间具有良好的物理化学相容性以及相近的线膨胀系数被用于涂层中能够改善其耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽腐蚀、抗腐蚀等性能。在原有的纯碳化硅涂层中添加少量石墨代替一部分碳化硅，减少涂层开裂风险，降低成本，简化工艺。目前的复合涂层在高温氧化环境下，生成的SiO2保护膜能有效的阻挡氧气的渗入，但是随着氧化温度的升高和氧化时间的延长，目前研究的外涂层高温抗氧化能力均不太理想。
进一步优选的，一种碳纤维硬毡表面涂层，由以下重量百分比原料组成：5-7.1wt％树脂、4-4.4wt％石墨粉、20-22wt％碳化硅粉、10-20wt％三乙醇胺硼酸酯、1.5-1.7wt％碳纤维粉、1-1.2wt％二氧化硅粉、12.5-13.1wt％无水乙醇、余量为水。
进一步优选的，一种碳纤维硬毡表面涂层，由以下重量百分比原料组成：5-7.1wt％树脂、4-4.4wt％石墨粉、20-22wt％碳化硅粉、10-20wt％三乙醇胺硼酸酯、5-15wt％添加剂、1.5-1.7wt％碳纤维粉、1-1.2wt％二氧化硅粉、12.5-13.1wt％无水乙醇、余量为水。
所述添加剂为硅酸钇、钽酸铝中的一种或多种混合物。优选的，所述硅酸钇、钽酸铝的质量比为1:1-2；
硅酸钇是一种高熔点、高硬度、高强度的陶瓷材料，其和SiC的膨胀系数十分接近，具有良好的物理化学相容性。钽酸铝为高熔点物质，具有优异高温抗氧化性、耐腐蚀性。本申请中引入硅酸钇、钽酸铝、三乙醇胺硼酸酯，三乙醇胺硼酸酯有效改善无机材料与有机物质的分散性，加热至1700-1800℃，硅酸钇、钽酸铝、碳化硅粉和石墨粉、三乙醇胺硼酸酯相互作用、相互融合生成钇铝石榴石相(YAG，Yttrium Aluminum Garnet)或者TaC、TaB、氧化硼类物质，降低钽酸铝热膨胀系数，减少涂层的孔隙率，降低氧气的渗透，提高涂层的高温强度、高温抗氧化性，抗震性并改善涂层的致密性；同时引入碳纤维粉，碳纤维通过拨出、桥联、裂纹偏转等机理提高涂层的结合强度，进一步改善其强度、韧性，并改善其在高温下的耐硅蒸汽腐蚀性能。
本申请以树脂、石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、二氧化硅粉、硅酸钇、钽酸铝、三乙醇胺硼酸酯为原料能均匀涂覆在碳/碳复合材料表面，形成良好的分散形态，增加涂层与基体的结合力，防止涂层在高温环境下脱落。
本发明还公开一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺。
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、二氧化硅粉加入水中混合均匀，然后加入树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在碳纤维硬毡上烘烤，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中煅烧。
优选的，所述烘烤条件：温度为160-180℃，时间为30-120min；
优选的，所述煅烧条件：温度为1700-1800℃，时间为煅烧1-2h；
优选的，所述涂层的厚度为80-100μm；
优选的，所述碳纤维硬毡为PAN基碳纤维硬毡、沥青基碳纤维硬毡、粘胶基硬毡中至少一种。
本发明的有益效果：
1、本申请以树脂、石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、二氧化硅粉为原料能均匀涂覆在碳/碳复合材料表面，形成良好的分散形态，增加涂层与基体的结合力，防止涂层在高温环境下脱落。
2、本申请中引入硅酸钇、钽酸铝、三乙醇胺硼酸酯，三乙醇胺硼酸酯有效改善无机材料与有机物质的分散性，加热至1700-1800℃，硅酸钇、钽酸铝、碳化硅粉和石墨粉、三乙醇胺硼酸酯相互作用、相互融合生成钇铝石榴石相(YAG，Yttrium Aluminum Garnet)或者TaC、TaB、氧化硼类物质，降低钽酸铝热膨胀系数，减少涂层的孔隙率，降低氧气的渗透，提高涂层的高温强度、高温抗氧化性，抗震性并改善涂层的致密性；同时引入碳纤维粉，碳纤维通过拨出、桥联、裂纹偏转等机理提高涂层的结合强度，进一步改善其强度、韧性，并改善其在高温下的耐硅蒸汽腐蚀性能。
附图说明
图1为本申请中碳纤维硬毡的图片；
图2为本申请中碳纤维硬毡表面涂层烘干后的图片；
图3为本申请中碳纤维硬毡表面涂层煅烧后的图片。
具体实施方式
各实施例具体化学物质的参数，来源：
EXP0371树脂，游离苯酚为8.09％，水分为5.14％，固体含量为46.8％，pH值为9.09，粘度25℃为10.68mPa·s。
石墨粉，1.7μm；
碳化硅粉，1.7μm；
碳纤维粉，单丝直径5-10μm、长径比3:1-6:1；
气相二氧化硅粉，10-30nm；
制备例1
钽酸铝的制备方法为称取0.05mol的TaCl5加入水中得到质量浓度为0.5g/mL的五氯化钽溶液；再称取0.05mol的Al(NO3)3加入65wt％乙醇水溶液中配置得到质量浓度为0.5g/mL的硝酸铝溶液；将五氯化钽溶液、硝酸铝溶液混合均匀，加热至40℃，采用9g/mL的氨水调节pH至6，然后保持反应5h，反应结束后，洗涤、干燥，最后加热至1200℃下保温5h，得到钽酸铝。
制备例2
一种PAN基碳纤维硬毡的制备方法为：X1将碳纤维原丝(Pan基，型号T700，中复神鹰)置于短切机中切割成短切丝，其平均长度为6cm；
X2将上述碳纤维短切丝梳理成厚度均匀的网胎并针刺成软毡，其面密度为90g/m2；
X3将上述软毡喷洒树脂胶混合溶液，其中树脂胶混合溶液由酚醛树脂胶(型号为PF9501，固含量为82.4％，游离苯酚14.46％，水分3.72％，粘度(25℃)为5400mPa·s，pH值为7.90)与无水乙醇的重量比为1：4，然后喷洒后的软毡置于热压机中在140℃热压固化50min，压力为25MPa，得到毛坯；再置于碳化炉中进行碳化，其中碳化温度曲线为：以0.75℃/min的升温速率升至450℃，通入氮气保护，再以2.5℃/min的升温速率升至850℃，保温3h，自然降温；然后置于高温炉中进行纯化，其高温纯化温度曲线为：以2℃/min的升温速率升至1000℃，再以1.5℃/min的升温速率升至1750℃，最后以1.5℃/min的升温速率升至2200℃，保温5h，自然冷却，得到PAN基碳纤维硬毡。
实施例1
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉加入水中混合均匀，然后加入EXP0371树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm；其中原料用量为7.1wt％EXP0371树脂、4.3wt％石墨粉、21.5wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、51.5wt％水、12.9wt％无水乙醇。
实施例2
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉加入水中混合均匀，然后加入EXP0371树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm；其中原料用量为5.5wt％EXP0371树脂、4.4wt％石墨粉、21.8wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、52.5wt％水、13.1wt％无水乙醇。
实施例3
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉、三乙醇胺硼酸酯加入水中混合均匀，然后加入EXP0371树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm；其中原料用量为5.5wt％EXP0371树脂、4.4wt％石墨粉、21.8wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、10wt％三乙醇胺硼酸酯、42.5wt％水、13.1wt％无水乙醇。
实施例4
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉、硅酸钇、三乙醇胺硼酸酯加入水中混合均匀，然后加入EXP0371树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm；其中原料用量为5.5wt％EXP0371树脂、4.4wt％石墨粉、21.8wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、10wt％三乙醇胺硼酸酯、8wt％硅酸钇、34.5wt％水、13.1wt％无水乙醇。
实施例5
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉、钽酸铝、三乙醇胺硼酸酯加入水中混合均匀，然后加入EXP0371树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm；其中原料用量为5.5wt％EXP0371树脂、4.4wt％石墨粉、21.8wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、10wt％三乙醇胺硼酸酯、8wt％钽酸铝、34.5wt％水、13.1wt％无水乙醇。
实施例6
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉、添加剂、三乙醇胺硼酸酯加入水中混合均匀，然后加入EXP0371树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm；其中原料用量为5.5wt％EXP0371树脂、4.4wt％石墨粉、21.8wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、10wt％三乙醇胺硼酸酯、8wt％添加剂、34.5wt％水、13.1wt％无水乙醇；所述添加剂由硅酸钇、钽酸铝按质量比1:2。
实施例7
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉、钽酸铝加入水中混合均匀，然后加入EXP0371树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm；其中原料用量为5.5wt％EXP0371树脂、4.4wt％石墨粉、21.8wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、8wt％钽酸铝、44.5wt％水、13.1wt％无水乙醇。
实施例8
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉、硅酸钇加入水中混合均匀，然后加入EXP0371树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm其中原料用量为5.5wt％EXP0371树脂、4.4wt％石墨粉、21.8wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、8wt％硅酸钇、44.5wt％水、13.1wt％无水乙醇。
对比例1
一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，包括以下步骤：将碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉加入水中混合均匀，然后加入树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在PAN基碳纤维硬毡上160℃烘烤1h，烘烤结束后冷却中室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中1800℃煅烧1h；其中涂层的厚度为100μm；其中原料用量为5.5wt％EXP0371树脂、26.2wt％碳化硅粉、1.6wt％碳纤维粉、1.1wt％气相二氧化硅粉、52.5wt％水、13.1wt％无水乙醇。
测试例1
高温抗氧化性测试方法为：涂层的氧化实验在高温管式炉中的静态空气中进行，将上述含有涂层的碳纤维硬毡试样置于刚玉坩埚中，随后将坩埚放入已到达设定温度的管式炉中。每隔一段时间将坩埚取出，冷却后称取试样重量，再将坩埚放回管式炉中，如此反复直至达到预定实验时间。失重率＝(原试样重量-高温处理后的试样重量)/原试样重量×100％，其中，原试样重量和试样重量均是指表面涂层重量。
表1高温抗氧化测试结果
有上述表1可知，通过对比例1与实施例2的对比可以发现，实施例2的高温抗氧化性能显著优于对比例1，在实施例的基础上添加少量石墨代替一部分碳化硅，减少涂层开裂风险，降低成本，简化工艺，同时碳纤维通过拨出、桥联、裂纹偏转等机理提高涂层的结合强度，进一步改善其强度、韧性。
通过实施例2-3进行对比发现，实施例3的抗氧化性能较实施例2有所改善，在实施例2的基础上添加三乙醇胺硼酸酯，其可以有效改善石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉分散，加热至1700-1800℃，可以产生氧化硼，进一步减少涂层的孔隙率，降低氧气的渗透，提高涂层的高温强度、高温抗氧化性，抗震性并改善涂层的致密性。
通过实施例4-6进行对比发现，实施例6的抗氧化性能较实施例4-5有所改善，硅酸钇是一种高熔点、高硬度、高强度的陶瓷材料，其和SiC的膨胀系数十分接近，具有良好的物理化学相容性；钽酸铝为高熔点物质，具有优异高温抗氧化性、耐腐蚀性；本申请中引入硅酸钇、钽酸铝、三乙醇胺硼酸酯，三乙醇胺硼酸酯改善无机材料与有机物质的分散性，加热至1700-1800℃，硅酸钇、钽酸铝、碳化硅粉和石墨粉、三乙醇胺硼酸酯相互作用、相互融合生成钇铝石榴石相(YAG，Yttrium Aluminum Garnet)或者TaC、TaB、氧化硼类物质，降低钽酸铝热膨胀系数，减少涂层的孔隙率，降低氧气的渗透，提高涂层的高温强度、高温抗氧化性，抗震性并改善涂层的致密性；同时引入碳纤维粉，碳纤维通过拨出、桥联、裂纹偏转等机理提高涂层的结合强度，进一步改善其强度、韧性，并改善其在高温下的耐硅蒸汽腐蚀性能。
测试例2
将上述含有涂层的碳纤维硬毡试样在1500℃的高温、一定硅蒸汽浓度下处理3天，即为一个完整的工艺周期；随后继续开始第二个工艺周期。当上述含有涂层的碳纤维硬毡的涂层上出现裂缝和/或出现10％面积的涂层脱落时，即为不能再使用。涂层首次出现该情况的时间即为该涂层的使用寿命。
表2使用寿命测试结果
使用寿命/月
实施例1 9-10
实施例2 9-10
实施例3 12-14
实施例4 17-19
实施例5 17-19
实施例6 20-22
实施例7 15-18
实施例8 15-18
对比例1 7-8
本申请以树脂、石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、气相二氧化硅粉、硅酸钇、钽酸铝、三乙醇胺硼酸酯为原料能均匀涂覆在碳/碳复合材料表面，形成良好的分散形态，增加涂层与基体的结合力，防止涂层在高温环境下脱落。

Claims (6)

1.一种碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，其特征在于：将石墨粉、碳化硅粉、碳纤维粉、二氧化硅粉、三乙醇胺硼酸酯、添加剂加入水中混合均匀，然后加入树脂、无水乙醇混合均匀，然后将其均匀涂覆在碳纤维硬毡上烘烤，烘烤结束后冷却至室温，使用砂纸进行打磨，最后置于高温炉中煅烧；
所述添加剂为硅酸钇、钽酸铝的混合物；所述硅酸钇、钽酸铝的质量比为1:1-2。
2.如权利要求1所述的碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，其特征在于：所述烘烤条件：温度为160-180℃，时间为30-120min。
3.如权利要求1所述的碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，其特征在于：所述煅烧条件：温度为1700-1800℃，时间为煅烧1-2h。
4.如权利要求1所述的碳纤维硬毡表面涂层的制备工艺，其特征在于：所述碳纤维硬毡为PAN基碳纤维硬毡、沥青基碳纤维硬毡、粘胶基硬毡中至少一种。
5.一种碳纤维硬毡表面涂层，其特征在于：采用权利要求1-4中任一项所述的制备工艺制备而成。
6.如权利要求5所述的碳纤维硬毡表面涂层的应用，其特征在于：应用于光伏、半导体、真空热处理领域。
CN202310398370.4A 2023-03-31 2023-04-14 一种碳纤维硬毡表面涂层及其制备工艺 Active CN116289238B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310336372 2023-03-31
CN2023103363720 2023-03-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116289238A CN116289238A (zh) 2023-06-23
CN116289238B true CN116289238B (zh) 2024-09-06

Family

ID=86801494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310398370.4A Active CN116289238B (zh) 2023-03-31 2023-04-14 一种碳纤维硬毡表面涂层及其制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116289238B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117534498B (zh) * 2023-12-06 2024-07-16 浙江星辉新材料科技有限公司 一种碳纤维陶瓷刹车片及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103774435A (zh) * 2012-10-18 2014-05-07 甘肃郝氏炭纤维有限公司 一种碳纤维毡表面抗氧化涂料的制备和使用方法
CN114907144A (zh) * 2022-06-06 2022-08-16 吉林联科特种石墨材料有限公司 一种一步法制备SiC-C复合高温涂层的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2579563B2 (ja) * 1991-04-26 1997-02-05 東海カーボン株式会社 炭素繊維強化炭素複合材の耐酸化処理法
JP3096716B1 (ja) * 1999-03-01 2000-10-10 工業技術院長 繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法
US20180327322A1 (en) * 2015-11-11 2018-11-15 Nippon Carbon Co., Ltd. Coating formed on graphite substrate and method for producing the same
CN110258131A (zh) * 2019-07-05 2019-09-20 聊城大学 一种固化碳毡防护涂层
CN110498684A (zh) * 2019-09-11 2019-11-26 湖南博诚新材料科技有限公司 一种碳化硅涂层的制备方法
CN112409020B (zh) * 2020-10-30 2022-05-20 江苏材睿科技有限公司 一种石墨材料表面耐高温抗氧化涂层及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103774435A (zh) * 2012-10-18 2014-05-07 甘肃郝氏炭纤维有限公司 一种碳纤维毡表面抗氧化涂料的制备和使用方法
CN114907144A (zh) * 2022-06-06 2022-08-16 吉林联科特种石墨材料有限公司 一种一步法制备SiC-C复合高温涂层的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116289238A (zh) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104261850B (zh) 一种耐高温透波氮化硅纤维增强复合材料及其制备方法
CN103553616B (zh) 原位生长SiC纳米线增强C/SiC复合材料及其制备方法
CN104926344B (zh) 硅酸铝纤维增强氧化物陶瓷及其制备方法
CN108285355B (zh) 制备SiC纳米线增强反应烧结碳化硅陶瓷基复合材料的方法
CN106588021B (zh) 一种碳化硅陶瓷及其制备方法
CN102093083B (zh) 炭/炭复合材料HfC抗烧蚀涂层的制备方法
CN107445639A (zh) 一种碳/碳多孔坯体的制备方法
CN116289238B (zh) 一种碳纤维硬毡表面涂层及其制备工艺
CN116751036B (zh) 一种预应力氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法
CN103922794B (zh) 三维氧化铝纤维织物增强多孔莫来石陶瓷及其制备方法
CN103214264A (zh) 一种氮化硅纳米线增强氮化硅多孔陶瓷的方法
CN104926343B (zh) 含界面相的硅酸铝纤维增强氧化物陶瓷及其制备方法
CN108863396B (zh) 一种氮化硅基连续功能梯度陶瓷球及其制备方法和应用
CN110054497A (zh) 一种致密的纳米增韧碳化硅复相陶瓷的制备方法
CN103073322A (zh) 一种莫来石晶须原位增韧磷酸铬铝透波材料的制备方法
CN109678540A (zh) Bn纳米管界面相强韧化碳纤维增强陶瓷基复合材料及其制备方法
CN101407420B (zh) 一种基于碳热还原制备无晶界相多孔氮化硅陶瓷的方法
CN106518119B (zh) 一种致密的Ti2AlC/Al2O3纤维复合材料及其制备方法
CN106966744B (zh) 一种碳纤维增强氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法
CN117534495A (zh) 前驱体浸渍裂解结合反应熔渗制备陶瓷基复合材料的方法
CN114516756B (zh) 一种碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法和应用
CN111099908B (zh) 一种表面包覆氧化硅的碳纤维复合稀土锆酸镧的高性能陶瓷及其制备方法
CN105130505B (zh) 碳化硅陶瓷表面制备Si3N4晶须增强β‑Sialon陶瓷涂层的方法
CN108793958A (zh) 一种提高钢基表面耐磨陶瓷涂料层抗热震性的方法
CN113683435A (zh) 一种多相复合增强碳化硅陶瓷的制备方法

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
CP03 Change of name, title or address

Address after: Building 1, No.9 and No.11 Songhai Road, Huimin Street, Jiashan County, Jiaxing City, Zhejiang Province 314100

Patentee after: Zhejiang Xinghui New Material Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 2nd Floor, Building 2, No. 11 Songhai Road, Huimin Street, Jiashan County, Jiaxing City, Zhejiang Province

Patentee before: Zhejiang Xinghui New Material Technology Co.,Ltd.

Country or region before: China