一种碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域。本发明是取水绵和苎麻茎清洗消毒杀菌酶解，再放入发酵罐中进行发酵，与乙酸乙酯和乙酸混合静置，加入聚丙烯酰胺混合，挤压得饼状碳纤维材料，抽丝后加入棉花叶和吊兰制得的抽提液浸泡，然后纺丝与制得的二氧化钛悬浊液混合，将二氧化钛负载于纺丝上，再与金属钛混合，经烘箱干燥、煅烧后制得。本发明的有益效果是：该方法制备过程简单，通过对碳纤维进行处理，提高了碳纤维和钛合金基体间的化学相容性和物理相容性；所得产品质量好，结合力高，使用中不易发生脱抽，材料抗拉伸和抗剪切性能高。

主权项

一种碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：(1)取2～3kg水绵和2～3kg苎麻茎分别用清水冲洗1～2次，自然风干，再在紫外灯下进行杀菌处理1～3h，去除污渍和杂质，将水绵和苎麻茎置于密闭容器内，加入去离子水浸泡10～20min，待浸泡完成后，分别加入20～30％的水和10～15％的纤维素酶酶解30～50min，得混合酶解液；(2)将上述所得的混合酶解液置于发酵罐中，再向发酵罐中分别加入1～2％的酵母菌和3～5％的水，在25～30℃下密封发酵8～12天，待发酵完成后，向发酵液中分别加入质量分数为18～23％的乙酸乙酯溶液和质量分数为98％的乙酸溶液，控制温度为28～35℃，设置转速为500～700r/min，磁力搅拌30～40min，静置1～2h，过滤得沉淀物；(3)取4～8g聚丙烯酰胺颗粒放入三角烧瓶中，并向其中加入50～60mL水，控制温度为25～35℃，再以5℃/min的速度程序搅拌升温至100～110℃，保持温度搅拌20～30min，然后加入上述所得的沉淀物，在1500～2000r/min转速下搅拌30～50min后，置于挤压机中，压力设定为1～2MPa，挤压得饼状碳纤维材料，再将其放入抽丝机中抽成直径为1～2μm的丝状物，备用；(4)取0.5～0.7kg棉花叶和0.3～0.5kg吊兰，放入质量分数为5～10％的氯化钠溶液中浸泡30～40min后，用水清洗1～2次，自然风干后放入矩形容器内捣碎成渣，向其中加入30～50mL二氯乙烷混合，抽提得抽提液；(5)将上述所得的抽提液加入备用的丝状物中，控制温度25～30℃，浸泡1～2h，待浸泡完成后，控制转速为500～700r/min，搅拌30～40min得混合溶液，将其经喷丝板上的喷丝孔挤出细流，随后放入凝固浴中凝固20～30min，得纺丝备用；(6)取30～40mL尿素加入反应器内，控制温度为40～60℃，同时向反应器中加入10～15g硫酸氧钛，磁力搅拌30～40min，再加入10～15g十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合均匀，放入油浴中加热反应1～3h，反应完成后，冷却至室温，过滤后用去离子水洗涤3～5次，加入10～20mL氨水混合后，放入干燥箱中，控制温度为80～95℃，干燥2～3h，再置于电阻炉中煅烧5～7h，得二氧化钛粗品；(7)将上述所得的二氧化钛粗品置于粉碎机中进行初步粉碎，加入40～50mL三乙醇胺溶液，搅拌混合均匀，置于干燥箱中，控制温度为80～95℃，干燥30～50min，放入粉碎机中粉碎成颗粒，得二氧化钛精品，然后将二氧化钛精品加入到30～40mL的聚乙二醇中，在28～35℃温度下进行搅拌混合均匀，得二氧化钛悬浊液；(8)将上述所得的二氧化钛悬浊液加入备用的纺丝中，浸泡1～2h，待浸泡完成后，控制转速为1000～1200r/min，磁力搅拌40～50min，混合均匀，再向其中加入10～15g金属钛粉末，控制温度为90～100℃，搅拌30～40min，得混合物；(9)将上述所得的混合物置于鼓风干燥箱中，在温度为85～90℃下干燥2～4h，干燥后放入管式气氛炉中，向其中通入氩气排除空气后，在氩气、温度为500～700℃的环境下，煅烧18～22h后，自然冷却至室温，即制得一种碳纤维增强钛合金复合材料。