[发明专利]碳纤维增强复合材料、制备方法及用途

权利要求书

1.一种碳纤维增强复合材料，其特征在于，该复合材料以碳纤维作为增强体，以包含钾水玻璃、偏高岭土、碱金属氢氧化物和水的混合物作为原胶液，以缩合磷酸铝和/或三聚磷酸铝作为原胶液的固化剂制备得到。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述混合物由钾水玻璃、偏高岭土、碱金属氢氧化物和水组成。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，钾水玻璃、偏高岭土、碱金属氢氧化物和水的重量比为100∶101～108∶16～22∶6～16。

4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述混合物与所述碳纤维的质量比为3～6∶1；且所述混合物与所述固化剂的质量比为100∶0.2～0.4。

5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述钾水玻璃中的K₂O含量为9～18wt％、且SiO₂含量为22～31wt％；且所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钾。

6.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，将厚度为12mm的复合材料试样在1000℃烧蚀600s后的复合材料质量保留率≥98％。

7.根据权利要求6所述的复合材料，其特征在于：

采用GJB 323A-1996在热流密度4309.1Kw/m²和烧蚀时间20s下测定的线烧蚀率为0.05～0.1mm/s；

采用GJB 330A-2000对直径为11mm和高度为32mm的圆柱试样在室温～800℃的温度下测定的比热容为1.1～1.4kJ/kg·℃；

采用GB/T 1447-2005对尺寸为250×25×4mm的试样测定的拉伸强度为117～163MPa；和

采用GB/T 1449-2005对尺寸为80×15×5mm的试样测定的弯曲强度为109～134MPa。

8.根据权利要求1～7任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)配制原胶液：将钾水玻璃、偏高岭土、碱金属氢氧化物和水混合得到混合物，作为原胶液；

(2)配制胶液：将固化剂与原胶液混合得到胶液；

(3)碳纤维处理：使用有机溶剂对含碳纤维的碳布超声清洗10～30min，晾干备用；

(4)制作预浸布：将步骤(2)所得胶液涂覆在步骤(3)所得碳布上，并晾置得到预浸布；

(5)制作坯料板：将步骤(4)所得预浸布裁剪，并叠加在一起，压制成坯料板；

(6)固化：将步骤(5)所得坯料板在80～200℃下处理6～12小时，然后冷却得到所述复合材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：

在步骤(3)中，所述有机溶剂选自丙酮或乙醇，所述含碳纤维的碳布为平纹碳布；

在步骤(4)中，晾置时间为1～2h；

在步骤(5)中，坯料板的厚度为5～30mm；和

在步骤(6)中，所述的冷却为随炉冷却。

10.根据权利要求1～7任一项所述的复合材料的用途，其特征在于，所述复合材料用作飞行器或汽车的热防护材料。