[发明专利]一种高性能复合碳毡的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能复合碳毡的制备方法，具体涉及纤维制品工艺领域，所述具体步骤如下：原料净化、PAN原丝制备、预氧化、碳化、石墨化、表面处理和涂层处理。本发明在复合碳毡工艺中加入原料净化步骤，可有效从源头解决碳毡成品中的杂质情况，防止其影响碳毡的成品质量，再使用正丁醇溶解聚丙烯腈，从而保证后续支部的碳纤维及碳毡的特性，使碳毡个部位受力均匀，避免传统工艺中杂质位置处的受力不均造成的断裂，有效保证成品碳毡使用过程中拉抻效果的提升，保证该碳毡的使用寿命，且挥发的正丁醇蒸汽降温后可再次液化，供再次使用，从而保证生产厂家的生产成本。

技术领域

本发明涉及纤维制品工艺技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高性能复合碳毡的制备方法。

背景技术

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为23000-43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm³)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm³)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能， 不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。

碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维 。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，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，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。

碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型 。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2％。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。

碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。

现有的碳毡成品中，因生产原材料中含有杂质，会直接影响到碳毡的使用效果，在使用过程中会造成部分碳纤维的断裂，影响碳毡的使用寿命，而若直接使用高纯度原料，又会大大增加生产厂家的投入成本。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种高性能复合碳毡的制备方法，通过原料净化步骤，有效将制备碳毡原材料中的杂质去除，从而既能保证碳毡寿命，又无需购买高纯度原料。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能复合碳毡的制备方法，所述具体步骤如下：

步骤一、原料净化：