[发明专利]一种用碳纤维增强层状木材陶瓷的方法

摘要

本发明公开了一种用碳纤维增强层状木材陶瓷的方法。主要特征在于以热固性树脂和生物质材料为基材，将生物质材料粉碎碳化为生物质碳粉，按一定的比例与热固性树脂混合制得片状的热固性树脂-生物质碳粉复合材料，然后将多片热固性树脂-生物质碳粉复合材料在一定的温度和压力下制成不同厚度的碳纤维增强层状复合材料；最后将碳纤维增强层状复合材料放入高温烧结炉中热压烧结即得到碳纤维增强层状结构的木材陶瓷。

主权项

一种用碳纤维增强层状木材陶瓷的方法，以热固性树脂和生物质材料为基材，其特征在于：包括以下步骤：（1）将生物质材料粉碎成30‑80目，置于密闭的高温碳化炉中，以5 ℃/min的速度升温至700 ℃温度，保温碳化1 h，然后随炉冷却至室温，得到生物质碳粉；（2）将热固性树脂按照质量比1∶1～1.8的比例加入到生物质碳粉中，搅拌均匀后在50 ℃的温度下干燥30‑90 min（或者是含水率为8%），然后置于方形模具中，压制成密度为0.4‑0.6 g/cm³的薄片，然后在50℃温度下干燥、固化40‑60 h，得到片状的热固性树脂‑生物质碳粉复合材料；（3）将3K平纹碳纤维布剪成所需要的尺寸，浸在浓度为20%的HCl溶液中2h以清除表面杂质，然后用蒸馏水清洗3次，再置入烘箱中80 ℃烘干；（4）将多片相同厚度或不同的热固性树脂‑生物质碳粉复合材料表面按照120‑200 g/m²的量均匀涂布热固性树脂，然后与经步骤（3）处理过的碳纤维布按照一层热固性树脂‑生物质碳粉复合材料、一层碳纤维布的方式叠加，并在5－20Mpa的压力、130‑150 ℃下热压8‑20min制成不同厚度的试件；（5）试件随压机降温至50 ℃后卸压；（6）将所得到的试件在50 ℃的温度条件下陈放100 h，使其内部应力达到基本平衡，然后冷却到室温，得到碳纤维增强层状复合材料；（7）将碳纤维增强层状复合材料放入高温烧结炉中热压烧结，具体工艺为：① 将高温烧结炉密封，用氮气将烧结炉中的空气置换，具体方法为：开启真空泵抽取真空，使炉内压力达到‑0.08 MPa后关闭真空泵，充入氮气，当炉内压力达到0 MPa后关闭氮气，再次抽取真空至‑0.08 MPa，保持‑0.08 MPa压力10 min后关闭真空泵，充入氮气使压力达到0 MPa后关闭氮气；② 按照5 ℃/min的速度升温至120 ℃，保温30 min，升温过程中保持压力5‑20MPa；③ 解除压力，以3 ℃/min的速度升温至250 ℃； ④ 在250 ℃保温30min，在保温过程中同时加压至5‑20MPa并保持30min;⑤ 保持压力5‑20MPa并以3 ℃/min的速度升温至300 ℃；⑥ 解除压力，以3 ℃/min的速度升温速度至800～1600℃的温度，并保温烧结1 h；⑦ 以5 ℃/min的速度降温冷却至室温，即得到了碳纤维增强层状结构的木材陶瓷。