表面为二氧化钛涂层的制备方法技术

表面为二氧化钛涂层的制备方法，属于材料技术领域。本发明专利技术采用醇类作溶剂，钦酸丁酷在酸性条件下发生水解反应，形成二氧化钦先驱体溶液；使用得到的二氧化钦先驱体溶液浸渗经预处理的碳纤维，然后缓慢升温使溶剂挥发，后经烧结，在碳纤维单丝表面形成二氧化钦涂层，制备获得的涂层厚度小于1μm，涂层平整、不易脱落。本发明专利技术碳纤维一方面保持了原碳纤维的柔顺性和可编织性，同时提高了纤维的抗热氧化性，并提高了其在复合材料制备中与基体的浸润性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料
的的制备方法，具体是一种。
技术介绍
碳纤维是一种常用的复合材料增强纤维，它具有低密度、高强度、高模量、低热膨胀、耐辐射、易编制加工以及较好的热、电性能等优良特性，在金属基、聚合物基复合材料中获得广泛的应用。但碳纤维抗氧化性能较差，在400 V以上的空气中即出现明显的失重和强度降低，且碳纤维与某些基体的浸润性不好，难以形成致密、性能优良的复合材料。因此阻碍了碳纤维在航空航天等需要轻质、高强、高模材料领域的应用。在碳纤维表面形成致密的保护性涂层可有效地解决上述问题。现有技术中涂层制备有化学气相沉积法、物理气相沉积法、电化学方法和溶胶一凝胶浸渗烧结法。其中溶胶一凝胶浸渗烧结法制备涂层简单易行，所制备涂层化学纯度高，可应用于大规模生产，有着独特的优越性。经对现有技术的文献检索发现，董兴广等在《纤维复合材料》(2005年03 期观-31页)上发表的《射频法涂层碳纤维的高温氧化性》，该文中提出采用射频法制备碳纤维表面抗氧化涂层，具体方法为在700 - 800 V下通过射频加热碳纤维进行化学气相沉积，该方法易对碳纤维表面造成损伤，且制备过程的控制工艺要求高，设备复杂，不宜进行大规模生产。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的以上不足，提供了一种。本专利技术采用的碳纤维直径为5 - 10 μπι，获得的涂层厚度小于1 ym，且厚度可控，涂层平整、不易脱落，制备工艺简单。碳纤维表面涂层后，仍具体良好的可编织性，满足制备碳纤维增强复合材料的应用要求。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括以下步骤第一步，采用醇类作溶剂，钛酸丁酷在酸性条件下发生水解反应，形成二氧化钛先驱体溶液；第二步，使用得到的二氧化钛先驱体溶液浸渗经预处理的碳纤维，分离碳纤维和二氧化钛先驱体，并去除碳纤维表面过量的二氧化钛先驱体；第三步，然后升温使溶剂挥发，后经烧结，发生缩聚反应，使碳纤维单丝表面形成二氧化钛涂层。所述的醇类，是指甲醇、乙醇、正丁醇中的一种。所述的钛酸丁醋，其用量小于二氧化钛先驱体溶液总质量的20 %。所述的酸性条件是通过添加醋酸使二氧化钛先驱体溶液PH值为1 -3。所述的浸渗，其时间为5 - 30分钟，浸渗过程中可采用超声震荡方法促进浸渗，减少碳纤维间的涂层短接现象。所述的预处理的碳纤维，其预处理包括有机溶剂除胶和表面氧化刻蚀。通过预处理，改变碳纤维表面的官能团，提高碳纤维的表面活性，使涂层与碳纤维结合紧密。所述的分离碳纤维和二氧化钛先驱体，分离速度为0 . 5 -20mm/ S。通过改变分离速度，可以一定程度控制膜层厚度。所述的去除碳纤维表面过量的二氧化钛先驱体，其方法为滤纸吸干、甩干、机械挤压中的一种。通过去除过量纤维表面过量二氧化钛先驱体，使所制得的纤维表面膜层完整、不易开裂。所述的升温，是指升温至100 V -150 0C，升温过程在氢气保护下进行。所述的烧结，其温度为450 0C - 500 °C。本专利技术中，经过二氧化钛先驱体溶液浸渗的碳纤维在溶剂挥发后，可在碳纤维冷却至室温后再次使用二氧化钛先驱体溶液浸渗，然后再缓慢升温使溶剂挥发，该过程可最多重复3次， 一定程度控制膜层厚度。本专利技术采用的碳纤维直径为6 μπι -8 μπι，制备获得的二氧化钛涂层厚度小于1 Pm，涂层平整、不易脱落。本专利技术获得的具有二氧化钛涂层的碳纤维， 其热氧化温度比无涂层的碳纤维提高了 100 V以上，保持了无涂层碳纤维所具有的柔顺性和可编织性，同时解决碳纤维与某些复合材料基体间的界面浸润性和相容性问题。本专利技术的在碳纤维表面涂覆二氧化钛的方法，简便易行，可进行大规模的工业生产。采用该方法生产的具有二氧化钛涂层的碳纤维，其涂层厚度小于1 Pm，涂层平整光滑。使用该碳纤维或其编织物可与不同基体复合获得复合材料。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实例1 :取钛酸四顶酯IOgjK 2g，甲醇60g，加入醋酸使溶液pH = 3，搅拌2 小时后，获得二氧化钛先驱体溶液。碳纤维为吉林碳素厂生产，直径6 - 8 μπι，每束碳纤维有1000根单丝。碳纤维束经丙酮浸泡2分钟、去离子水漂洗并干燥后，经10 % (体积浓度)的硝酸浸泡20分钟进行表面氧化刻蚀后，以上述二氧化钛先驱体溶液浸渗5分钟，浸渗过程采用120kHz的超声震荡。纤维素束以0.5mm / s的速度与先驱体分离，并用机械挤压的方式去除表面多余的先驱体，室温干燥10分钟，以每分钟4 0C的速度升温至100 0C 后恒温30分钟，再以每分钟4 0C的速度升温至500 0C后恒温60分钟，后自然冷却， 整个过程在氢气保护下进行。所得到的具有二氧化钛涂层的碳纤维，单丝表面具有平整光滑涂层，膜层不易脱落，其厚度约为0.02 μπι。实例2 碳纤维同实例1。取钛酸四顶酯IOgjK 2g，乙醇80g，加入醋酸使溶液pH = 3，搅拌4小时后， 获得二氧化钛先驱体溶液。碳纤维束经丙酮浸泡2分钟、去离子水漂洗并干燥后，经10% (体积浓度)的硝酸浸泡20分钟进行表面氧化刻蚀后，以上述二氧化钛先驱体溶液浸渗15分钟，纤维素束以IOmm / S的速度与先驱体分离，并用甩干的方式去除表面多余的先驱体，室温千燥20 分钟，以每分钟4 0C的速度升温至120 0C后恒温30分钟，待纤维束冷却至室温后，重复以上先驱体浸渗、干燥、升温过程1次后，再以每分钟4。C的速度升温至475。C后恒温60分钟，后自然冷却，整个加热过程在氢气保护下进行。所得到的具有二氧化钛涂层的碳纤维，单丝表面具有平整光滑涂层，膜层不易脱落，其厚度约为0.5 μπι。实例3 碳纤维同实例1。取钛酸四顶酯IOg，水2g，正丁醇80g，加入醋酸使溶液pH = 3，搅拌4小时后，获得二氧化钛先驱体溶液。碳纤维束经丙酮浸泡2分钟，去离子水漂洗并干燥，经10 % (体积浓度)的硝酸浸泡20分钟进行表面氧化刻蚀后，纤维素束以20mm / s的速度与先驱体分离，并用滤纸吸干的方式去除表面多余的先驱体，以上述二氧化钛先驱体溶液浸渗30分钟，浸渗过程采用120kHz的超声震荡。纤维素束取出后室温干燥10分钟，以每分钟4 V的速度升温至150 0C后恒温60分钟，待纤维束冷却至室温后，重复以上先驱体浸渗、干燥、升温过程2次后，再以每分钟4 0C的速度升温至450 0C后恒温60分钟，后自然冷却， 整个加热过程在氢气保护下进行。所得到的具有二氧化钛涂层的碳纤维，单丝表面具有平整光滑涂层，膜层不易脱落，其厚度约为lym。权利要求1.，其特征在于，包括如下步骤第一步，采用醇类作溶剂，钦酸丁醋在酸性条件下发生水解反应，形成二氧化钦先驱体溶液；第二步，使用得到的二氧化钦先驱体溶液浸渗经预处理的碳纤维，分离碳纤维和二氧化钦先驱体，并去除碳纤维表面过量的二氧化钦先驱体；第三步，然后升温使溶剂挥发，后经烧结，发生缩聚反应， 使碳纤维单丝表面形成二氧化钦涂层；所述的钦酸丁酷，其用量小于二氧化钦先驱体溶液总质量的20% ；所述的酸性条件是通过添加醋酸使二氧化钦先驱体溶液PH值为1 3 ；浸渗时间为5分钟 60分钟，浸渗过程中采用超声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程显军，肖颖，
申请(专利权)人：大连兴科碳纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：