[发明专利]一种碳纤维预制体及其制备方法

说明书

本发明属于预制体制备技术领域，尤其涉及了一种碳纤维预制体及其制备方法。本发明采用无机酸对预处理碳纤维进行氧化处理，能够赋予碳纤维大量的羧基官能团；酸化碳纤维在第一缩合剂的作用下，与桥联剂分子中的一个氨基发生缩合反应，桥联剂分子中其他的氨基在化学接枝反应中与羧基碳纳米管中的羧基发生缩合反应，将羧基碳纤维接枝到碳纤维上，提高了碳纤维的比表面积。本发明所得碳纤维预制体含有大量的活性基团，在采用CVI对进行致密化时，具有更多的沉积表面积和表面活性位点，提高了碳纤维预制体的致密化速度。

技术领域

本发明涉及预制体制备技术领域，尤其涉及一种碳纤维预制体及其制备方法。

背景技术

C/C复合材料因优异的性能在航空航天领域被越来越广泛的使用。C/C复合材料主要通过化学气相渗透(CVI)工艺将碳纤维预制体置入等温化学气相沉积炉内的恒温区域，接着利用载气带入气态前驱体；这些气体通过扩散作用进入C纤维预制体内部，并在高温下进行热解、聚合生成不同碳氢比烃类产物；同时这些气相反应产物会通过物理吸附或化学吸附沉积于纤维表面并发生脱氢反应，生成热解C包裹于纤维周围；随着沉积时间的增加，热解碳厚度逐渐增加，最终填满孔隙相互连结形成连续的碳基体，完成致密化过程。

目前的CVI工艺致密化碳纤维预制体普遍需要120h以上的沉积时间，致密速率较低，且致密性差，对工业生产极为不利。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳纤维预制体及其制备方法。本发明提供的制备方法得到的碳纤维预制体采用CVI进行致密化时，速率快；且致密效果好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳纤维预制体的制备方法，包括以下步骤：

对碳纤维进行预处理，得到预处理碳纤维；

将所述预处理碳纤维和无机酸混合，进行酸化反应，得到酸化碳纤维；

将所述酸化碳纤维、第一缩合剂、桥联剂、第一催化剂和第一有机溶剂混合，进行改性反应，得到改性碳纤维；

将所述改性碳纤维、羧基碳纳米管、第二缩合剂、第二催化剂和第二有机溶剂混合，进行化学接枝反应，得到碳纳米管接枝碳纤维；

将所述碳纳米管接枝碳纤维进行织造，得到单向碳纤维布；

将所述碳纳米管接枝碳纤维进行编织，得到网胎；

将所述单向碳纤维布和网胎进行针刺成型，得到所述碳纤维预制体；

单个桥联剂分子中氨基的个数≥2。

优选地，所述无机酸为硝酸和硫酸的混合酸；所述混合酸中硝酸和硫酸的体积比为4：1；所述硝酸的质量浓度为2～3mol/L；所述硫酸的浓度为15～20mol/L。

优选地，所述酸化反应的温度为80～100℃，时间为2～3h。

优选地，所述第一缩合剂和第二缩合剂独立地为有机胺缩合剂，所述有机胺缩合剂包括二环己基碳二亚胺、二异丙基碳二亚胺和1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺中的一种或几种；所述第一催化剂和第二催化剂为4-二甲氨基吡啶；所述第一有机溶剂和第二有机溶剂为二甲基甲酰胺；所述桥联剂包括六亚甲基二胺和/或1,3-丙二胺。

优选地，所述酸化碳纤维、第一缩合剂、桥联剂和第一催化剂的质量比为20：(1～1.5)：(1～1.5)：(1～1.5)。

优选地，所述改性反应的温度为室温，时间为12～24h。

优选地，所述改性碳纤维、羧基碳纳米管、第二缩合剂和第二催化剂的质量比为20：(3～6)：(0.5～1)：(0.5～1)。

优选地，所述化学接枝反应的温度为室温，时间为12～24h。