碳纤维复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用。该碳纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：将碳纤维作为阴极置于阴极电解液中进行电化学反应制备碳纤维复合材料，其中，阴极电解液包括活性二氧化硅水溶液和可溶性钙盐。上述碳纤维复合材料的制备方法制得的碳纤维复合材料与无机材料的粘结性和耐久性更好。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及碳纤维复合材料，特别是涉及一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，含碳量高于90％，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维复合材料是将碳纤维与其他材料(例如树脂、金属等)复合而制成的复合材料。其中，将碳纤维与环氧树脂或丁苯胶等有机材料复合而成的有机基碳纤维复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高，已在航空航天、汽车、冶金、化工、机械及土木工程等领域作为增强材料得到广泛应用。但是，有机基碳纤维复合材料在应用过程中存在与无机材料(例如水泥砂浆)的粘结性较差的问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种与无机材料粘结性高的碳纤维复合材料的制备方法。一种碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维作为阴极置于阴极电解液中进行电化学反应，制备碳纤维复合材料，其中，所述阴极电解液包括活性二氧化硅水溶液和可溶性钙盐。上述碳纤维复合材料的制备方法利用电化学原理制备碳纤维复合材料，按照上述碳纤维复合材料制得的碳纤维复合材料是以碳纤维为增强相、水化硅酸钙为基体，与无机材料(例如水泥砂浆)的粘结性能好。此外，与有机基碳纤维复合材料相比，该碳纤维复合材料的硅酸钙稳定性更好高，不容易老化，耐久性更好，可应用于长寿命工程结构中。在其中一个实施例中，以质量份数计，所述阴极电解液包括100份固含量为10％～38％的活性二氧化硅水溶液和20份～100份的可溶性钙盐。在其中一个实施例中，所述可溶性钙盐选自氯化钙和硝酸钙中的至少一种。在其中一个实施例中，所述阴极电解液中的所述可溶性钙盐与所述活性二氧化硅的摩尔比为1：(0.25～3.0)。在其中一个实施例中，所述阴极电解液包括100份固含量为10％的活性二氧化硅水溶液和55份的氯化钙；或，所述阴极电解液包括100份固含量为30％的活性二氧化硅水溶液和74份的硝酸钙；或，所述阴极电解液包括100份固含量为38％的活性二氧化硅水溶液和92份的硝酸钙。在其中一个实施例中，所述电化学反应的阳极电解液包括饱和氢氧化钙溶液。在其中一个实施例中，所述电化学反应的阳极的材料选自钛合金、石墨及碳纤维中的一种。一种碳纤维复合材料，其特征在于，由上述碳纤维复合材料的制备方法制得。上述碳纤维复合材料在建筑中的应用。一种水泥混凝土的制备方法，包括以下步骤：将上述碳纤维复合材料与水泥砂浆或混凝土构件混合后，浇筑成型并养护固化，制备水泥混凝土。附图说明图1为实施例1中通电50库仑/厘米束后的各组碳纤维复合材料的拔出力统计图；图2为实施例1中通电50库仑/厘米束后的各组碳纤维复合材料的拔出力相对于未经过电化学处理的碳纤维束的净增值统计图；图3为实施例2中经不同通电电荷量处理的各组碳纤维复合材料的拔出力统计图；图4为实施例2中经不同通电电荷量处理后的各组碳纤维复合材料的拔出力的净增值统计图；图5为实施例3中的应力-应变曲线。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本专利技术公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本专利技术一实施方式提供了一种碳纤维复合材料的制备方法，该碳纤维复合材料的制备方法包括步骤a～步骤c：步骤a：制备阴极电解液。具体地，阴极电解液包括活性二氧化硅和可溶性钙盐。二氧化硅(SiO2)有晶态和无定形两种形态。硅原子和氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅，短程有序或长程无序排列形成无定型二氧化硅。通常，纯净的天然二氧化硅晶体是一种坚硬、脆性、难溶的无色透明的固体。蛋白石、硅藻土则是无定形二氧化硅。在本实施方式中，活性二氧化硅是指无定形态的二氧化硅。在本实施方式中，以质量份数计，阴极电解液包括：100份固含量为10％～38％的活性二氧化硅水溶液和20份～100份的可溶性钙盐。需要说明的是，本文中的固含量是二氧化硅水溶液烘干后剩余部分的质量占烘干之前的总量的质量百分数。在一个可选地具体示例中，活性二氧化硅水溶液主要由活性二氧化硅和水组成，当然也含有不可避免的杂质。在一个可选地具体示例中，活性二氧化硅水溶液除活性二氧化硅及水以外，还包括添加剂，例如分散剂。在一个可选地具体示例中，活性二氧化硅水溶液中活性二氧化硅的质量百分含量为10％～38％。在一个可选地具体示例中，活性二氧化硅水溶液中活性二氧化硅的质量百分为10％、15％、20％、22％、25％、30％、34％或38％。在一个可选地具体示例中，可溶性钙盐选自氯化钙和硝酸钙中的至少一种。氯化钙和硝酸钙易获得且对环保。进一步地，可溶性钙盐选自氯化钙和硝酸钙中的一种。优选地，可溶性钙盐为硝酸钙。当然，在其他实施例中，可溶性钙盐不限于上述，还可以是其他可溶性钙盐。在一个可选地具体示例中，阴极电解液中的可溶性钙盐与活性二氧化硅的摩尔比为1：(0.25～3.0)。不同粘度条件对应不同的活性二氧化硅水溶液含量及其浸渍和离子迁移。在一个可选地具体示例中，阴极电解液的粘度为88mPa·s～464mPa·s(用AntonPaar公司产ViscoQC300–H在转速为100r/min时所测)。在一个可选地具体示例中，以质量份数计，阴极电解液由100份活性二氧化硅的质量百分含量为10％～38％的活性二氧化硅水溶液和20～100份的可溶性钙盐组成。在一个可选地具体示例中，以质量份数计，阴极电解液由100份固含量为10％的活性二氧化硅水溶液和55份的氯化钙组成。在一个可选地具体示例中，阴极电解液由100份固含量为30％的活性二氧化硅水溶液和74份的硝酸钙组成。在一个可选地具体示例中，阴极电解液由100份固含量为38％的活性二氧化硅水溶液和92份的硝酸钙组成。在一个可选地具体示例中，阴极电解液由100份固含量为10％的活性二氧化硅水溶液和22份的氯化钙组成。在一个可选地具体示例中，阴极电解液由100份固含量为20％的活性二氧化硅水溶液和100份的硝酸钙组成。在一个可选地具体示例中，阴极电解液由100份固含量为20％的活性二氧化硅水溶液和28份的氯化钙组成。步骤b：制备阳极电解液。在本实施方式中，阳极电解液包括饱和氢氧化钙溶液。当然，在其他实施方式中，阳极电解液不限于饱和氢氧化钙溶液，还可以是其他材料。例如，1M的氢氧化锂溶液、上述阴极电解液与1M的氢氧化锂溶液的混合溶液、或2M氯化钙或2M硝酸钙与1M氢氧化锂形成的混合溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将碳纤维作为阴极置于阴极电解液中进行电化学反应，制备碳纤维复合材料，其中，所述阴极电解液包括活性二氧化硅和可溶性钙盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳纤维作为阴极置于阴极电解液中进行电化学反应，制备碳纤维复合材料，其中，所述阴极电解液包括活性二氧化硅和可溶性钙盐。


2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，以质量份数计，所述阴极电解液包括100份固含量为10％～38％的活性二氧化硅水溶液和20份～100份的可溶性钙盐。


3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性钙盐选自氯化钙和硝酸钙中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述阴极电解液中的所述可溶性钙盐与所述活性二氧化硅的摩尔比为1：(0.25～3.0)。


5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述阴极电解液包括100份固含量为10％的活性二氧化硅水溶液和55份的氯化钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐路平，刘伟，张晴楠，董志君，朱继华，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44