[发明专利]一种基于芳纶纤维织物的陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于芳纶纤维织物的陶瓷基复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将轻质碳酸钙中加入水、膨润土和聚丙烯酸钠均匀混合制成碳酸钙陶瓷浆料；S2、将芳纶纤维织物放入马弗炉中低温氧化除去有机粘结剂，在氧化温度下进行保温，将预氧化芳纶纤维织物浸入稀硝酸/丙酮溶液中浸泡，用去离子水反复冲洗直至溶液成中性，将预处理芳纶纤维织物统一裁剪成芳纶纤维织物圆片；S3、将预处理芳纶纤维织物圆片与碳酸钙陶瓷浆料放入超声仪器中。S4、将浸渍后的芳纶纤维织物多层叠放入冷烧模具中，在一定温度和压力下保温一段时间，然后将其烘干。增强了纤维织物的抗拉强度和弹性模量，制备方法简单，温度较低，更加安全，成本大幅降低。

技术领域

本发明属于防护材料及其制备和应用领域，特别涉及一种基于芳纶纤维织物的陶瓷基复合材料的制备方法。

背景技术

芳纶纤维在超过370℃的温度下开始分解，在400℃左右开始碳化，无法通过之前的高温烧结的方法将陶瓷浆料与纤维进行结合。在2016年美国宾夕法尼亚州立大学材料科学和工程学专业的Clive Randall教授和他的同事们研发了一种叫做冷烧工艺(CSP -Cold Sintering Process)的新技术，最高只需200℃就能制成陶瓷，并且最短在15分钟之内就能完成烧结，很大程度上降低了工业制造成本。同时，该技术还提高了原本不相容材料的结合能力(如陶瓷和塑料)，为人们创造出更多有用的新型复合材料提供了可能性。

因此我们采用将冷烧工艺与陶瓷增强纤维功能相结合，发明了一种基于芳纶纤维织物的陶瓷基复合材料的制备方法。

发明内容

一种基于芳纶纤维织物的陶瓷基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将轻质碳酸钙中加入水、膨润土和聚丙烯酸钠均匀混合制成碳酸钙陶瓷浆料；

S2、将芳纶纤维织物放入马弗炉中低温氧化除去纤维表面的有机粘结剂，在一定氧化温度下进行保温，将预氧化芳纶纤维织物浸入稀硝酸/丙酮溶液中浸泡，调整纤维表面的官能团，用去离子水将芳纶纤维织物反复冲洗直至溶液成中性，将预处理芳纶纤维织物统一裁剪成与冷烧模具规格相同的芳纶纤维织物圆片；

S3、将步骤S2中预处理芳纶纤维织物圆片与步骤S1中预制碳酸钙陶瓷浆料放入超声仪器中，并通过连接真空泵导管进行抽气；

S4、将步骤S3中浸渍后的芳纶纤维织物多层叠放入冷烧模具中，在一定温度和压力下保温一段时间，然后将其烘干，即得目标材料。

优选地，步骤 S1中轻质碳酸钙、水、膨润土和聚丙烯酸钠的质量比为10:8:1:1。

优选地，步骤 S2中氧化温度为300℃-310℃，保温时间为3min-4min。

优选地，步骤 S2中浸泡时间为23h-24h。

优选地，步骤 S3中超声时间为2h-2.5h，超声温度为60-80℃。

优选地，步骤 S4中温度为190℃-200℃，压力为500MPa-550MPa,保温时间为30min-35min。

优选地，步骤 S4中浸渍后的芳纶纤维织物叠放层数为5-10。

本发明的有益效果是：

能在不破坏芳纶纤维织物的基础上，将碳酸钙陶瓷浸渍芳纶纤维织物中进行冷烧结，增强了纤维织物的抗拉强度和弹性模量。同时，该材料的制备方法简单，生产温度较低，更加安全，生产成本相比于传统高温烧结大幅降低。

附图说明

图1是实施例1、实施例2、对比例1和对比例2所制得样品1、样品2、样品3和样品4的抗弯强度折线图；

图2是实施例1、实施例2、对比例1和对比例2所制得样品1、样品2、样品3和样品4的弹性模量折线图。