有效改善复合材料界面结合的复合材料制备系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及有效改善复合材料界面结合的复合材料制备系统及方法，该系统包括：用于容纳反应物与基体材料的密封的反应釜；检测反应釜内的温度的温度检测单元；检测反应釜内的压力的压力检测单元；基于温度检测单元检测到的温度值和压力检测单元检测到的压力值，对反应釜进行水热感应加热的加热单元；所述加热单元包括感应线圈、感应加热设备以及控制所述感应加热设备的感应频率发生的控制机构，所述反应釜位于所述感应线圈中，所述感应线圈的两端安装于所述感应加热设备的外壁，所述感应线圈与所述感应加热设备的内部通有循环水。本发明专利技术能够利用感应加热在可控温度和压力的前提下，利用反应物本身被加热的特点来制备具有优异界面结合的复合材料。

【技术实现步骤摘要】
有效改善复合材料界面结合的复合材料制备系统及方法
本专利技术属于材料的合成
，涉及一种能够有效改善复合材料界面结合的复合材料制备系统及方法。
技术介绍
随着尖端科学技术的突飞猛进，对材料的性能要求越来越高，在许多方面，传统的单相材料的性能已不能满足实际的需要，这促使人们研究制备出由多相组成的复合材料，以提高材料的性能[周曦亚，“复合材料”，化学工业出版社，北京]。然而，要使复合材料产生1+1>2的协同效应，其界面起着至关重要的作用。为了获得优异的界面结合，增强体表面处理（如化学腐蚀、射线照射以及加入硅烷偶联剂等）、向基体中添加特定的元素、增强体的表面涂层等方法已经被广泛使用[SuF,ZhangZ,WangK,JiangW,LiuW.Tribologicalandmechanicalpropertiesofthecompositesmadeofcarbonfabricsmodifiedwithvariousmethods.CompositesPartA:AppliedScienceandManufacturing.2005;36(12):1601-7.]。对于纳米复合材料的制备，主要有物理法和化学法两种方法。其中，物理法主要包括机械研磨复合法、干式冲击法、高能球磨法、共混法、异相凝聚法和高温蒸发法等，这些方法制备的纳米复合材料虽然具有表面清洁、无杂质、颗粒可控、活性高等优点，但目前产率大都较低且成本高。化学法主要包括溶胶凝胶法、水热法、微乳液法、化学气相沉积法、溶剂蒸发法等，这些方法虽然产率高，但是制备的复合材料含有一定的杂质。上述方法大都是通过加热第三方物质，然后第三方物质将热量传递给反应物，从而实现在一定温度下材料的合成。在使用这些方法制备复合材料时，基体材料与反应物同时被第三方物质加热，界面的形成没有引导完全是随机的，反应物在基体材料上的分布是不均匀的且界面结合较差。要想在基体上实现定点可控成核生长并形成较好的界面，必须提前处理基体材料（使它们带电或者具有某种官能团）使其选择性的具有活性位点，从而实现复合结构的控制，显然这种工艺是较复杂的，并且很难实现工业化生产。此外，模板法合成具有一定结构的材料时，对模板是有要求的，即模板本身应具有活性位点或者通过一定的处理可以引入活性位点，这样才能实现反应物在基体材料上的生长，这使得某些具有特殊结构的模板不能被使用[陈彰旭，郑炳云，李先学，傅明连，谢署光，邓超，胡衍华，“模板法制备纳米材料研究进展”[J].“化工进展”，2010，(第1期)]。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术所要解决的技术问题在于一种能够有效改善复合材料界面结合的复合材料制备系统及方法，能够利用感应加热在可控温度和压力的前提下，利用反应物本身被加热的特点来制备具有优异界面结合的复合材料。为了解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供了一种复合材料制备系统，包括：用于容纳反应物与基体材料的密封的反应釜；检测所述反应釜内的温度的温度检测单元；检测所述反应釜内的压力的压力检测单元；基于所述温度检测单元检测到的温度值和所述压力检测单元检测到的压力值，对所述反应釜进行水热感应加热的加热单元；所述加热单元包括感应线圈、感应加热设备以及控制所述感应加热设备的感应频率发生的控制机构，所述反应釜位于所述感应线圈中，所述感应线圈的两端安装于所述感应加热设备的外壁，所述感应线圈与所述感应加热设备的内部通有循环水。根据本专利技术的复合材料制备系统，在反应前首先使循环水经过感应加热设备的内部管道流入感应线圈，从感应线圈流出后再经感应加热设备的内部管道流出，最终被排出。然后将反应物和基体材料加入到反应釜内，并对反应釜进行密封，并通过温度检测单元和压力检测单元检测反应釜内的温度和压力。最后将反应釜固定于感应线圈中，运行温度检测单元和压力检测单元，打开感应加热设备，通过控制感应加热设备的感应频率和输出电流，对反应釜进行水热感应加热。反应结束后关闭感应加热设备、温度检测单元和压力检测单元，待釜冷却至室温后关闭循环水，取出反应釜，取出反应产物。根据本专利技术的复合材料制备系统，在反应前首先使循环水流入感应线圈和感应加热设备后排出。然后将作为反应物的混合液转入反应釜中，加入能够感应交变磁场的基体材料，密封后置于本专利技术的加热单元中进行水热反应，然后自然冷却到室温，从反应后的悬浮液中分离出产物，再将该产物分别用去离子水和无水乙醇浸泡洗涤，干燥后即可得到负载有产物的复合产物。由此，能够利用水热感应技术合成复合材料或者具有特殊结构材料，有效改善复合材料界面结合。又，在本专利技术中，也可以是，根据所述温度检测单元检测到的温度值控制所述感应加热设备中电流的接通或断开以对所述反应釜内的温度进行控制。根据本专利技术，可通过感应加热设备采集温度检测单元检测的温度值，将其反馈给感应加热设备，从而可通过感应加热设备中电流的接通或断开实现温度的自动调节和控制。本专利技术不限于此，也可以是，可通过人来观察所述温度检测单元检测的温度值，并通过手动的方式控制感应加热设备中电流的接通或断开，从而对所述反应釜内的温度进行手动控制。又，在本专利技术中，也可以是，所述温度检测单元包括与所述反应釜相连的光纤温度传感器或红外测温仪。根据本专利技术，采用光纤温度传感器或红外测温仪作为温度检测单元，它们具有本质安全、不受电磁干扰、可远程监测、精度及灵敏度高、耐高压、抗腐蚀、能在恶劣环境下工作以及成本低等优点。因而可以显著改善测温系统的抗电磁干扰性、提高测温的精度、并降低成本。又，在本专利技术中，也可以是，所述压力检测单元包括与所述反应釜相连的压力传感器和压力数显系统。根据本专利技术，压力检测单元主要是通过能够感应反应釜中气体压力的压力传感器来实现压力的测定，并可通过例如微型高压反应釜程控系统将电信号转换为数字信号，然后显示出来。并且，还可设置排气阀以起到反应结束后泄压的作用。根据本专利技术，可通过感应加热设备采集压力检测单元检测的压力值，将其反馈给感应加热设备，从而可通过感应加热设备中电流的接通或断开实现压力的自动调节和控制。本专利技术不限于此，也可以是，可通过人来观察所述压力检测单元检测的压力值，并通过手动的方式控制感应加热设备中电流的接通或断开，从而对所述反应釜内的压力进行手动控制。根据本专利技术，可通过在排气阀的位置设置可控接通或断开开关，然后通过压力检测系统检测到的压力反馈值来控制开关的接通或断开，进而实现压力的精确控制。又，在本专利技术中，也可以是，选用非金属、非碳（主要是高分子）材质探头的气体压力传感器作为压力检测单元的传感器。又，在本专利技术中，也可以是，还包括用于对所述反应釜内的物质进行搅拌的搅拌装置，所述搅拌装置包括：设置于所述反应釜的釜体内的传动杆；安装于所述传动杆上的搅拌桨；设于所述釜体的外部且用于驱动所述传动杆旋转的驱动装置。根据本专利技术，通过采用上述搅拌装置，可以保证反应物有良好的均匀性和分散性。又，在本专利技术中，也可以是，所述搅拌桨包括轴向流搅拌桨、径向流搅拌桨或混合流搅拌桨中的一种或多种，优选地，所述搅拌桨与所述釜体的内壁之间的间隙为0.5～1cm。根据本专利技术，上述间隙参数的选择更有利于产生均匀的搅拌效果，从而达到使反应釜内反应物不团聚、不沉降且均匀混合的目的。又，在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料制备系统，其特征在于，包括：用于容纳反应物与基体材料的密封的反应釜；检测所述反应釜内的温度的温度检测单元；检测所述反应釜内的压力的压力检测单元；基于所述温度检测单元检测到的温度值和所述压力检测单元检测到的压力值，对所述反应釜进行水热感应加热的加热单元；所述加热单元包括感应线圈、感应加热设备以及控制所述感应加热设备的感应频率发生的控制机构，所述反应釜位于所述感应线圈中，所述感应线圈的两端安装于所述感应加热设备的外壁，所述感应线圈与所述感应加热设备的内部通有循环水。

【技术特征摘要】
1.一种采用复合材料制备系统制备复合材料的方法，其特征在于，所述复合材料制备系统包括：用于容纳反应物与能够感应交变磁场的基体材料的密封的反应釜，所述反应釜的材质包括高分子聚合物；检测所述反应釜内的温度的温度检测单元；检测所述反应釜内的压力的压力检测单元；基于所述温度检测单元检测到的温度值和所述压力检测单元检测到的压力值，对所述反应釜进行水热感应加热以使所述基体材料自身直接被感应加热的加热单元；所述加热单元包括感应线圈、感应加热设备以及控制所述感应加热设备的感应频率发生的控制机构，所述反应釜位于所述感应线圈中，所述感应线圈的两端安装于所述感应加热设备的外壁，所述感应线圈与所述感应加热设备的内部通有循环水；所述方法包括：使循环水流通加热单元的感应线圈与感应加热设备的内部；将反应物与能够感应交变磁场的基体材料容纳于密封的反应釜中；将所述反应釜置于所述感应线圈中；对所述反应釜内的温度进行检测；对所述反应釜内的压力进行检测；基于检测到的温度值和检测到的压力值，控制所述感应加热设备对所述反应釜进行水热感应以使所述基体材料自身直接被感应加热，从而使反应物在被加热的基体材料的高温下进行反应获得复合材料；反应后使所述反应釜冷却以得到反应产物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述温度检测单元检测到的温度值和/或所述压力检测单元检测到的压力值控制所述感应加热设备中电流的接通或断开以对所述反应釜内的温度和/或压力进行控制。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，李文斌，李瑞梓，李嘉胤，费杰，欧阳海波，曹丽云，李多，周磊，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61