[发明专利]一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法

权利要求书

1.一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将碳材料与表面活性剂水溶液混合后，干燥，获得包覆有表面活性剂的碳材料；

（2）将包覆有表面活性剂的碳材料分散到有机树脂中，制成涂料；

（3）将涂料均匀喷涂于经过喷砂的铝片表面，固化成型，获得涂覆有碳材料涂层的铝片；

（4）将多块涂覆有碳材料涂层的铝片堆垛在一起，经热压处理后，获得碳改性铝基复合材料；

步骤（1）中，所述碳材料为皮芯结构短碳纤维，包括芯部和包裹在芯部外的皮层；所述芯部为碳，皮层为碳/铝复合材料；所述芯部的直径为3~5μm，皮层的厚度为1~2μm；所述皮芯结构短碳纤维的制备方法如下：

（A）将聚丙烯腈原液进行湿法纺丝，获得初生纤维；

（B）在180～300℃、空气气氛中，对初生纤维进行预氧化，获得预氧化丝；

（C）将预氧化丝浸入质量比为1:3.5~4.5的铝溶胶与聚丙烯腈原液的混合液中，浸渍40~45min，获得包覆有铝溶胶和聚丙烯腈的碳纤维；

（D）在180～300℃、空气气氛中，对包覆有铝溶胶和聚丙烯腈的碳纤维进行预氧化，获得皮芯结构预氧化丝；

（E）在300~600℃、氮气气氛中，对皮芯结构预氧化丝进行低温碳化，获得低温碳化丝；

（F）在900~1300℃、氮气气氛下，对低温碳化丝进行高温碳化，获得高温碳化丝；

（G）电解：将高温碳化丝铺在电解槽底部，作为阴极，以碳素材料为阳极，以熔融冰晶石为电解质，进行电解；电解完成后，取出高温碳化丝，冷却后获得皮芯结构碳纤维；

（H）切断：对皮芯结构碳纤维进行径向切断，获得皮芯结构短碳纤维。

2.如权利要求1所述的一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法，其特征在于，所述皮芯结构短碳纤维的长度为30~50μm，直径为4~7μm。

3.如权利要求1所述的一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法，其特征在于：

步骤（1）中，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，或者为脂肪胺、聚氧乙烯脂肪胺、季铵盐、聚氧乙烯季铵盐中的至少一种；和/或

步骤（1）中，所述表面活性剂水溶液的质量分数为5~50wt.%；和/或

步骤（2）中，所述有机树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法，其特征在于，步骤（2）中的有机树脂的质量为步骤（1）中碳材料质量的1~10倍。

5.如权利要求1所述的一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法，其特征在于：

步骤（3）中，碳材料涂层的厚度为50~100μm；和/或

步骤（3）中，所述铝片的厚度为100~1000μm。

6.如权利要求1所述的一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法，其特征在于，步骤（4）中，堆垛的铝片数量为10~50片。

7.如权利要求1所述的一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法，其特征在于：

步骤（4）中，所述热压处理的温度为100~600℃；和/或

步骤（4）中，所述热压处理的压力为50~100Mpa。

8.一种堆垛热压法制备碳改性铝基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将碳材料与表面活性剂水溶液混合后，干燥，获得包覆有表面活性剂的碳材料；

（2）将包覆有表面活性剂的碳材料分散到有机树脂中，制成涂料；

（3）将涂料均匀喷涂于经过喷砂的铝片表面，固化成型，获得涂覆有碳材料涂层的铝片；

（4）将多块涂覆有碳材料涂层的铝片堆垛在一起，经热压处理后，获得碳改性铝基复合材料；

步骤（1）中，所述碳材料为皮芯结构短碳纤维，包括芯部和包裹在芯部外的皮层；所述芯部为碳，皮层为碳/铝复合材料；所述皮层包括由内到外铝含量依次增大的内层、中层和外层；所述芯部的直径为2~4μm，内层、中层、外层的厚度均为0.5~1μm；所述皮芯结构短碳纤维的制备方法如下：

（a）将聚丙烯腈原液进行湿法纺丝，获得初生纤维；

（b）在180～300℃、空气气氛中，对初生纤维进行预氧化，获得预氧化丝；

（c）将预氧化丝浸入质量比为1:4.5~6.5的铝溶胶与聚丙烯腈原液的混合液中，浸渍25~30min，取出后在180～300℃、空气气氛中进行预氧化，获得包覆有内层的预氧化丝；

（d）将步骤（c）中的铝溶胶与聚丙烯腈原液的质量比换成1:3.5~4.5和1:2~3.5，重复步骤（c），依次包覆上中层和外层，获得皮芯结构预氧化丝；

（e）在300~600℃、氮气气氛中，对皮芯结构预氧化丝进行低温碳化，获得低温碳化丝；

（f）在900~1300℃、氮气气氛下，对低温碳化丝进行高温碳化，获得高温碳化丝；

（g）电解：将高温碳化丝铺在电解槽底部，作为阴极，以碳素材料为阳极，以熔融冰晶石为电解质，进行电解；电解完成后，取出高温碳化丝，冷却后获得皮芯结构碳纤维；

（h）切断：对皮芯结构碳纤维进行径向切断，获得皮芯结构短碳纤维。