一种耐磨防水的复合碳纤维布及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种制备耐磨防水的复合碳纤维布的方法，包括：将碳纤维布浸渍在环氧树脂丙酮溶液中；然后浸渍在改性单层磷酸锆纳米片水悬浮液，洗涤干燥后得到单层磷酸锆改性的碳纤维布；将其浸渍在十八烷基三氯硅烷乙醇溶液中，保温一定时间，洗涤干燥后得到产品。此外，还公开相应的复合碳纤维布。该复合碳纤维布既可以提供优异的耐磨性又可以提供优异的防水性。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨防水的复合碳纤维布及其制备方法
本专利技术属于纤维材料
；涉及一种碳纤维布及其制备方法，尤其涉及一种耐磨防水的复合碳纤维布及其制备方法。
技术介绍
碳纤维主要是由碳元素组成，与一般碳素材料类似，具有良好的导电性、导热性、耐高温和耐腐蚀性；而且碳纤维呈现出良好的各向异性，在纤维轴向上具有较高的力学强度。由此，碳纤维通常与金属、聚合物、陶瓷和水泥等基体复合，制备出优异综合性能的复合材料。同样，碳纤维复合材料越来越大量使用于航空、航天、导弹、飞机、交通、建筑和工程等军事和民用领域。在实际应用中，碳纤维通常被纺织成布状，称为纤维状织物材料，又称为碳纤维布、碳纤布、碳纤维带和碳素纤维布等，其在加工过程除保持碳纤维的上述优点之外，同时也具有超轻、柔软和耐拉的特性，在当今工业应用中适用于各种构件表面，能包裹复杂外型的构件，织物覆盖平整，贮存寿命长，并且在永久荷载作用下抗蠕变，抗腐蚀和抗震性能好的特点，使其在土木建筑，桥梁、隧道、混凝土结构抗震、修复、加固、补强等方面的应用得到大力推广；此外，又因其织物的抗化学腐蚀可进行反复利用，符合环保要求。然而，碳纤维在石墨化过程中经过高温处理，导致碳纤维表面呈惰性，导致它与其它材料复合时界面粘结作用较大，最终影响了碳纤维树脂基复合材料的综合性能，这在很大程度上抑制了碳纤维优异材料性能的发挥。这其中，较为突出的矛盾就是碳纤维布的耐磨性和防水性难以兼得。绵竹耀隆化工有限公司公开了一种使用磷酸锆对碳纤维布表面改性的方法，将磷酸锆浆料刷涂于碳纤维布上，再进行穿刺操作，加热保温；然后浸渍、交联、固化。最终，得到纤维增强磷酸锆耐高温复合材料。上述方法得到的碳纤维增强磷酸锆基复合材料具有耐高温和耐摩擦等优点。上述复合材料虽然改善了碳纤维布的耐磨性，但防水性不佳，难以在部分对防水性较高的领域应用。谭康宁等人(《广东化工》，2017年，第44卷，第2期，第24页)研究了碟状磷酸锆/二氧化硅微球混合悬浮液相行为。该文章采用水热反应法制备了碟形磷酸锆，随后采用插层剥离法获得单层磷酸锆碟片。研究表明，在球碟混合悬浮液中，二氧化硅微球的存在会影响磷酸锆悬浮液体系中的相行为，这是由于当胶体体系中存在不同形状和大小的颗粒时，颗粒之间会产生空位引力。然而，上述文章并未关注磷酸锆的进一步应用。因此，迫切需要针对碳纤维布的上述技术缺陷，研发一种既可以提供优异的耐磨性又可以提供优异的防水性的复合碳纤维布及其制备方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的在于提供一种耐磨防水的碳纤维布及其制备方法。一方面，本专利技术提供了一种制备耐磨防水的复合碳纤维布的方法，包括：将碳纤维布浸渍在环氧树脂丙酮溶液中；然后浸渍在改性单层磷酸锆纳米片水悬浮液，洗涤干燥后得到单层磷酸锆改性的碳纤维布；将其浸渍在十八烷基三氯硅烷乙醇溶液中，保温一定时间，洗涤干燥后得到产品。根据本专利技术所述的方法，其中，所述碳纤维布选自表面刻蚀的碳纤维布。根据本专利技术所述的方法，其中，所述表面刻蚀条件为：5-15wt％硝酸溶液中，80-100℃下加热10-60min。优选地，所述表面刻蚀条件为：6-14wt％硝酸溶液中，82-98℃下加热15-55min；更优选地，所述表面刻蚀条件为：7-13wt％硝酸溶液中，85-95℃下加热20-50min；以及，最优选地，所述表面刻蚀条件为：8-12wt％硝酸溶液中，88-92℃下加热25-45min。在一个具体的实施方式中，所述表面刻蚀条件为：10wt％硝酸溶液中，90℃下加热30min。在本专利技术中，未经处理的原始碳纤维布可以是商购的双向平织碳纤维布；或者由商购的碳纤维编织成双向平织碳纤维布。根据本专利技术所述的方法，其中，未经处理的原始碳纤维布厚度为1-5mm。在一个具体的实施方式中，未经处理的原始碳纤维布来自中国台湾南海碳纤维高科技有限公司提供的NJMKT300碳纤维布，厚度为3mm。根据本专利技术所述的方法，其中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚缩水甘油醚型环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、环氧化烯烃化合物型环氧树脂以及杂环型和混合型环氧树脂中的一种或多种。优选地，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚缩水甘油醚型环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂以及缩水甘油胺型环氧树脂中的一种或多种；更优选地，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚缩水甘油醚型环氧树脂以及脂肪族缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种；以及，最优选地，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或多种。在一个具体的实施方式中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂。根据本专利技术所述的方法，其中，所述环氧树脂的平均环氧值为0.40-0.60。优选地，所述环氧树脂的平均环氧值为0.42-0.58；更优选地，所述环氧树脂的平均环氧值为0.45-0.55；以及，最优选地，所述环氧树脂的平均环氧值为0.48-0.53。在一个具体的实施方式中，所述环氧树脂的平均环氧值为0.51。在一个更为具体的实施方式中，所述环氧树脂选自E51环氧树脂。根据本专利技术所述的方法，其中，所述环氧树脂丙酮溶液的浓度为1-5w/v％。优选地，所述环氧树脂丙酮溶液的浓度为1.5-4.5w/v％；更优选地，所述环氧树脂丙酮溶液的浓度为24w/v％；以及，最优选地，所述环氧树脂丙酮溶液的浓度为2.5-3.5w/v％。在一个具体的实施方式中，所述环氧树脂丙酮溶液的浓度为3w/v％。有利地，将碳纤维布浸渍在环氧树脂丙酮溶液中15-60min；优选20-40min。根据本专利技术所述的方法，其中，所述单层磷酸锆纳米片由磷酸锆纳米片经过四丁基氢氧化铵插层剥离得到。在本专利技术中，所述磷酸锆纳米片由水热反应法得到。水热反应法和插层剥离法是本领域技术人员所熟知的，例如谭康宁等人在前述文献中所记载的那样。最终得到的单层磷酸锆纳米片表面带有羟基等负电荷基团。在一个具体的实施方式中，所述单层磷酸锆纳米片的Zeta电位为-38.4mV，动态光学散射法测定纳米片的平均粒径为1.42μm，分散度PDI＝0.034。根据本专利技术所述的方法，其中，所述改性单层磷酸锆纳米片由所述单层磷酸锆纳米片与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的水解产物反应得到。不希望局限于任何理论，二者的反应原理主要是单层磷酸锆纳米片表面的羟基等负电荷基团与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的水解产物中的三个羟基通过氢键的键合作用或静电吸引作用形成相应的共价键或离子键；另一方面，改性单层磷酸锆纳米片的表面远端形成丙氨基。根据本专利技术所述的方法，其中，所述改性单层磷酸锆纳米片水悬浮液的浓度为0.2-0.8wt％；优选为0.3-0.7wt％；更优选为0.4-0.6wt％。在一个具体的实施方式中，所述改性单层磷酸锆纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备耐磨防水的复合碳纤维布的方法，包括：/n将碳纤维布浸渍在环氧树脂丙酮溶液中；/n然后浸渍在改性单层磷酸锆纳米片水悬浮液，洗涤干燥后得到单层磷酸锆改性的碳纤维布；/n将其浸渍在十八烷基三氯硅烷乙醇溶液中，保温一定时间，洗涤干燥后得到产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备耐磨防水的复合碳纤维布的方法，包括：
将碳纤维布浸渍在环氧树脂丙酮溶液中；
然后浸渍在改性单层磷酸锆纳米片水悬浮液，洗涤干燥后得到单层磷酸锆改性的碳纤维布；
将其浸渍在十八烷基三氯硅烷乙醇溶液中，保温一定时间，洗涤干燥后得到产品。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纤维布选自表面刻蚀的碳纤维布。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述表面刻蚀条件为：5-15wt％硝酸溶液中，80-100℃下加热10-60min。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环氧树脂的平均环氧值为0.40-0.60。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环氧树脂丙酮溶液的浓度为1-5w/v％。

【专利技术属性】
技术研发人员：班鸿宇，赵晓宇，刘晓玲，安爱伟，王国才，
申请(专利权)人：赵程，
类型：发明
国别省市：北京;11