[发明专利]连续纤维增强无机聚合物基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机聚合物基复合材料的制备方法。

背景技术

在复合材料体系中，纤维增强聚合物基复合材料得到广泛应用，但是由于 聚合物是由碳氢氧组成，耐热性差，这严重限制了复合材料的使用温度。陶瓷 材料有强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、有很好的耐磨性和耐化学腐蚀性以 及线膨胀系数小、密度低等一系列优点，但是陶瓷材料的脆性大、塑韧性差导 致了其在使用过程中可靠性差，制约了它的应用范围，而纤维增强陶瓷基复合 材料一方面克服了陶瓷材料脆性断裂的缺点，另一方面保持了陶瓷本身的优 点。纤维增强陶瓷基复合材料因其优异的性能得到广泛的应用，但是纤维增强 复合材料的研究还处于起步阶段，现有已经开发应用的制备方法都存在着各自 的问题，目前纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法主要有两种：料浆浸渍热压 烧结法和先驱体浸渍烧结法，前者制备过程中的高温操作会弱化纤维性能不易 制作复杂形状构件，而后者虽然可制成复杂形状的构件，但在制备过程中需要 在高温高压下进行，制备工艺复杂、成本高。

发明内容

本发明为了解决现有方法制备出的无机聚合物基复合材料耐热性差以及 现有的纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法不易制成复杂形状构件、制备工艺 复杂、成本高的问题，而提供了连续纤维增强无机聚合物基复合材料的制备方 法。

连续纤维增强无机聚合物基复合材料的制备方法按照以下步骤进行：一、 高岭土在700～800℃条件下煅烧1.5～2.5h得到偏高岭土；二、偏高岭土与质量 浓度为46～62％的硅酸盐溶液按照重量比为1∶1.5～5.5的比例混合制得无机聚 合物基体，然后向无机聚合物基体中加入陶瓷颗粒混合得到无机聚合物配合 料，其中无机聚合物基体与陶瓷颗粒重量比为1∶0.1～1；三、将连续纤维单向 织物加入到无机聚合物配合料中超声振荡5～12min，即制得预浸料；四、将步 骤三预浸料铺设在模具中，在50～90℃条件下固化20～120min；五、将步骤四 产物在真空或者惰性气体保护下进行高温处理，处理温度为800～1300℃，处 理时间为30～120min，即得到连续纤维增强无机聚合物基复合材料。

本发明采用超声的方法制备连续纤维增强无机聚合物基复合材料与其他 的陶瓷基复合材料相比，无机聚合物在低于1000℃的温度下即可实现陶瓷化， 对连续纤维没有热物理损伤，不改变纤维的性能，在成型过程中可使用复杂型 状的磨具，制成复杂形状构件，且本发明复合材料的成型过程是在低温下进行， 便于操作和控制，与现有的纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法相比较，本发 明方法不需要在高温高压下进行，制备工艺简单，减少了能耗，制作成本低， 本发明制作的复合材料经低温固化后可以制备出具有较高比强度的复合材料， 经高温处理后可进一步提高复合材料性能，与现有的纤维增强聚合物基复合材 料相比，耐热性好，本发明制作的连续纤维增强无机聚合物基复合材料密度为 1.6～1.9g·cm^-3、三点弯曲强度为160～260MPa、断裂功为40～55KJ·m^-2，可在 1000℃稳定使用。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方 式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式连续纤维增强无机聚合物基复合材料的制备 方法按照以下步骤进行：一、高岭土在700～800℃条件下煅烧1.5～2.5h得到偏 高岭土；二、偏高岭土与质量浓度为46～62％的硅酸盐溶液按照重量比为1∶ 1.5～5.5的比例混合制得无机聚合物基体，然后向无机聚合物基体中加入陶瓷 颗粒混合得到无机聚合物配合料，其中无机聚合物基体与陶瓷颗粒重量比为 1∶0.1～1；三、将连续纤维单向织物加入到无机聚合物配合料中超声振荡 5～12min，即制得预浸料；四、将步骤三预浸料铺设在模具中，在50～90℃条 件下固化20～120min；五、将步骤四产物在真空或者惰性气体保护下进行高温 处理，处理温度为800～1300℃，处理时间为30～120min，即得到连续纤维增 强无机聚合物基复合材料。

本实施方式步骤四中的模具可根据所需要构件的形状进行设计，如圆型、 多边型等。