[发明专利]一种碳纳米改性碳纤维预制体、碳/碳复合材料、碳/陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于碳纤维预制体技术领域，特别涉及一种碳纳米改性碳纤维预制体、碳/碳复合材料、碳/陶瓷复合材料及其制备方法。本发明提供的碳纳米改性碳纤维预制体的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维置于糖水溶液中，进行水热反应，得到改性碳纤维；利用所述改性碳纤维为原料，制备得到碳纳米改性碳纤维预制体；所述水热反应的温度为100～200℃，时间为1～100min。本发明以碳纤维作为母相，利用糖水溶液，通过水热法对碳纤维进行表面改性处理，在母相碳纤维表面沿不同方向生长出碳纳米颗粒，大大增加碳纤维比表面积，增强单根碳纤维的毛细管作用，从而增加了碳纤维预制体的比表面积，得到具有更强吸附能力的碳纳米改性碳纤维预制体。

技术领域

本发明属于碳纤维预制体技术领域，特别涉及一种碳纳米改性碳纤维预制体、碳/碳复合材料、碳/陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维增强碳基复合材料(碳/碳复合材料)或碳纤维增强陶瓷基复合材料(碳/陶瓷复合材料)具有耐高温、比强高和模量高的特点，是高超声速飞行器和航空航天发动机的关键材料。目前碳/碳复合材料或碳/陶瓷复合材料的制备方法通常是利用活性气体对碳纤维预制体进行化学气相沉积，以对碳纤维预制体进行增密。

化学气相沉积工艺制备碳/碳复合材料或碳/陶瓷复合材料的工艺原理在于，利用了碳纤维预制体本身的多尺度孔隙结构特点，高温下活性气体通过预制体的毛细管作用向预制体内部不断扩散，并吸附在碳纤维表面，进而脱除杂质。显然，在化学气相沉积中，活性气体会通过碳纤维预制体的毛细作用吸附在预制体碳纤维表面，预制体孔越小，比表面积越大，毛细吸附作用越强。因此，碳纤维预制体具有高的比表面积，有利于碳/碳复合材料或碳/陶瓷复合材料的碳纤维预制体的快速致密化。

中国专利申请CN 109049761A公开了一种碳纤维复合材料真空浸渍与热压固化成型方法，利用热压固化成型工艺将二维碳纤维布通过涂覆后，再通过真空加热浸渍与加压成型共同协作及时排除气体，形成致密的碳纤维复合材料，但是该方法中的加压不利于对二维编织碳纤维的孔隙率的控制，而且对二维编织碳纤维的真空加热浸渍会导致整体结构的膨胀，不利于材料比表面积的提高和致密度的增大。中国发明专利CN 109112826A公开了一种负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维编织物的制备方法，使用化学气相沉积法在碳纤维织物表面负载碳纳米纤维，但该方法气相温度高达500℃，为碳纳米纤维生长充分还需要高温催化，炭化石墨化的温度高达3000℃，安全性差且成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳纳米改性碳纤维预制体及其制备方法，本发明提供的制备方法温度低，条件温和、安全性高，所得的碳纳米改性碳纤维预制体比表面积高，有利于后期化学气相沉积的进行和高致密度碳/碳复合材料或碳/陶瓷复合材料的获得。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳纳米改性碳纤维预制体的制备方法，包括以下步骤：

将碳纤维置于糖水溶液中，进行水热反应，得到改性碳纤维；

利用所述改性碳纤维为原料，制备得到碳纳米改性碳纤维预制体；

所述水热反应的温度为100～200℃，时间为1～100min。

优选的，所述碳纤维的规格为3k、6k、12k或24k。

优选的，所述糖水溶液中的溶质为蔗糖、葡萄糖、果糖或环糊精。

优选的，所述糖水溶液的浓度为0.2～2mol/L。

优选的，所述碳纳米改性碳纤维预制体的密度为0.75～1.3g/cm³。