[发明专利]一种高硬度防水碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高硬度防水碳纤维复合材料及其制备方法，碳纤维经过防水处理后，用改性锆处理，在提高防水性能和防水性能牢固度基础上，进一步，提高材料硬度。与现有技术相比，本发明提供的高硬度防水碳纤维复合材料，防水效果好，牢固度高；而且，表面形成致密的二氧化锆和氢氧化锆膜层，加强的防水效果，大大提高了碳纤维的硬度。本发明产品制备方法简单，成本低，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种高硬度防水碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好等特点，具有良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等，现已广泛应用于航天航空、新型纺织机械、石油化工、医药器械、汽车、机械制造、建筑行业、文体用品、电信、电加热等高新技术领域。

碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维。目前应用最广泛的聚丙烯腈基碳纤维，成本低廉，产量约占全球碳纤维总产量的90％以上。

但是，目前很少有高硬度防水碳纤维材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度防水碳纤维复合材料，碳纤维经过防水处理后，用改性锆处理，在提高防水性能和防水性能牢固度基础上，进一步，提高材料硬度。

本发明还提供了一种高硬度防水碳纤维复合材料的制备方法。

本发明提供的一种高硬度防水碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)先将碳纤维进行电晕处理；

2)将处理后的碳纤维置于氨基有机硅防水处理剂中浸-扎处理，烘干；

3)将硅烷偶联剂、锆盐和酸溶液混合，得混合溶液，将步骤2)处理后的碳纤维置于混合溶液中，烘干，即得高硬度防水碳纤维复合材料。

步骤2)所述氨基有机硅防水处理剂的制备方法为：

将辛基三甲氧基硅烷、四乙烯基四甲氧基环四硅氧烷和硅烷偶联剂KH-602混合，加热反应，然后再加入硅酸四甲酯、二氨基二苯甲烷和十二烷基苯磺酸，加热反应，减压蒸馏脱除低沸物，再升温加热反应，即得氨基有机硅防水处理剂。

步骤1)所述电晕处理为在6-10kV条件下处理5-8s。所述碳纤维优选自聚丙烯腈基碳纤维。

进一步的，步骤1)中电晕处理在氧气和氮气混合气体条件下进行，氧气和氮气的体积比为2:8。

步骤2)中第一次加热反应为：90-120℃条件下反应3-4h；

步骤2)中第二次加热反应为：100-120℃反应4-8h；

步骤2)中所述再升温加热反应是指加热升温至145-150℃反应1-2h。

步骤2)中辛基三甲氧基硅烷、四乙烯基四甲氧基环四硅氧烷、硅烷偶联剂KH-602、硅酸四甲酯、二氨基二苯甲烷和十二烷基苯磺酸的摩尔比为：1:2-3:2-4:2-3：0.01-0.2：0.005-0.01。

步骤2)中浸-扎处理中浸渍料液比1:5-8。

步骤2)中所述浸-扎处理具体为,浸渍5-8s，二浸二轧,轧余率55-70％。

步骤2)中所述烘干是指160-165℃烘干2-4min。

步骤3)所述混合溶液的制备方法为：