[发明专利]一种碳纤维的制备方法及含有其的高温尼龙复合材料

说明书

本发明提出了一种碳纤维的制备方法，本发明以椰壳纤维为制备原料，通过将椰壳纤维先后经盐、碱处理后，将椰壳纤维与硅烷偶联剂和甲基三硼硅烷混合，在管式炉中高温碳化、活化椰壳纤维，然后经稀盐酸洗涤，制备负载硅、二氧化硅和硼的碳纤维。本发明还公开了一种利用所述碳纤维改性高温尼龙的复合材料，所得复合材料具有优秀的力学性能和阻燃性能。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种碳纤维的制备方法及含有其的高温尼龙复合材料。

背景技术

碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。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。

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。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。

发明内容

鉴以此，本发明的目的在于提出一种碳纤维的制备方法及含有其的高温尼龙复合材料。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将椰壳纤维在磷酸氢二铵(NH₄)₂HPO₄和氯化锌ZnCl₂中浸泡，进行表面处理，浸泡后取出，用清水反复洗涤，沥干表面水分；

步骤2：将步骤1所得椰壳纤维放入氢氧化钠NaOH溶液中浸泡，进行表面处理，浸泡后，用清水反复洗涤至中性，并烘干；

步骤3：将步骤2所得椰壳纤维与硅烷偶联剂和甲基三硼硅烷混合，搅拌混合均匀；

步骤4：将步骤3所得混合物放入管式炉中，在惰性气体气氛下，经程序升温，将椰壳纤维碳化、活化，制备负载硅、二氧化硅和硼的碳纤维；

步骤5：将步骤4所得负载硅和二氧化硅的碳纤维用稀盐酸洗涤，洗去碳纤维表面杂物和其他可溶性物质，然后用清水反复洗涤至中性，烘干，得到负载硅、二氧化硅和硼的碳纤维，即为所述的碳纤维。

进一步的，所述步骤1中，椰壳纤维的长度为50-100mm，线密度为15-20tex，细度为120-150um；所述磷酸氢二铵(NH₄)₂HPO₄的浓度为1-2.5mol/L，氯化锌ZnCl₂的浓度为0.5-1.25mol/L，磷酸氢二铵(NH₄)₂HPO₄和氯化锌ZnCl₂的比例为2:1；浸泡的时间为3-5d。

进一步的，所述步骤2中，氢氧化钠NaOH的浓度为0.5-3％wt，浸泡时间为3-5h。

进一步的，所述步骤3中，按重量比计算，步骤2所得椰壳纤维：硅烷偶联剂：甲基三硼硅烷的比例为10-15:1-1.2:0.5-0.8。

进一步的，所述步骤4中，升温程序为，以20-30℃/min升温至150-170℃，恒温20-30min；以5-8℃/min升温至500-700℃，恒温40-60min。

进一步的，所述步骤5中，稀盐酸的浓度为0.1-0.5％wt。