CN102019996A - 超疏水碳纤维织物船的制备方法 - Google Patents
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Abstract
超疏水碳纤维织物船的制备方法，它涉及一种纤维织物船的制备方法。本发明的目的是为了提供一种表面覆盖一薄层聚全氟烷基硅氧烷的超疏水碳纤维织物船的制备方法。本方法如下：将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中，然后晾干，重复2～5次，烘干，将经过处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。本发明利用在碳纤维织物本身宏观的粗糙度表面涂覆疏水性物质(全氟烷基硅氧烷)的方法实现了碳纤维织物表面的超疏水，所制备的碳纤维纤维织物船具有质量轻、水下行驶阻力小、隐身、承载力大、耐腐蚀的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维织物船的制备方法。
背景技术
碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000MPa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。碳纤维50年代主要应用在火箭、宇航及航空等尖端科学，到80年代被广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。同时，随着高性能及超高性能的碳纤维的相继出现，它应用的范围越来越广，碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其表面能低，与其他材料结合性能不佳，在使用前经常需要进行表面改性。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种表面覆盖一薄层聚全氟烷基硅氧烷的超疏水碳纤维织物船的制备方法。
本发明超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由0.1％～8％全氟烷基硅氧烷、1％～10％水、1％～10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理30min～120min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中10s～60s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在80℃～150℃烘干3h～12h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船；步骤一中所述全氟烷基硅氧烷化学通式为CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3，其中n的取值范围为2～200，m的取值范围为1～200；步骤一中所述酸为冰醋酸、盐酸或硫酸；步骤二中所述碳纤维织物为碳纤维织物束、碳纤维织物布、碳纤维织物毡或碳纤维织物三维织物。
本发明所述的碳纤维织物中纤维束之间的空隙不大于900微米，已保证水可以在碳纤维表面不漏下去。
本专利扬长避短，在发挥碳纤维织物的诸多优点的同时，也发挥其被认为“缺点”的表面能低的特点。本发明利用在碳纤维织物本身宏观的粗糙度表面涂覆疏水性物质(全氟烷基硅氧烷)的方法实现了碳纤维织物表面的超疏水。
本发明是一种简便的、通过溶液浸渍法制备成具有超级浮力的碳纤维纤维织物微型船的方法。本发明首先通过化学反应的手段将具有低表面能的全氟烷基硅氧烷交联于经过抽提处理的碳纤维的纤维表面，再经过加热固化形成超疏水碳纤维纤维织物，最后制备成碳纤维纤维织物船，所制备的碳纤维纤维织物船具有质量轻、水下行驶阻力小、隐身、承载力大、耐腐蚀的特点。本发明制备的碳纤维纤维织物船载重质量可达27g，额外载重质量可达11g。
附图说明
图1是具体实施方式十一所制备超疏水碳纤维织物船的示意图；图2是具体实施方式十二至十六所制备超疏水碳纤维织物船的载重实验结果对比图，A表示具体实施方式十二所制备超疏水碳纤维织物船的载重实验结果，B表示具体实施方式十三所制备超疏水碳纤维织物船的载重实验结果，C表示具体实施方式十四所制备超疏水碳纤维织物船的载重实验结果，D表示具体实施方式十五所制备超疏水碳纤维织物船的载重实验结果，E表示具体实施方式十六所制备超疏水碳纤维织物船的载重实验结果；图3是具体实施方式十二至十六所制备超疏水碳纤维织物船的额外载重实验结果对比图，A表示具体实施方式十二所制备超疏水碳纤维织物船的额外载重实验结果，B表示具体实施方式十三所制备超疏水碳纤维织物船的额外载重实验结果，C表示具体实施方式十四所制备超疏水碳纤维织物船的额外载重实验结果，D表示具体实施方式十五所制备超疏水碳纤维织物船的额外载重实验结果，E表示具体实施方式十六所制备超疏水碳纤维织物船的额外载重实验结果。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由0.1％～8％全氟烷基硅氧烷、1％～10％水、1％～10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理30min～120min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中10s～60s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在80℃～150℃烘干3h～12h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述全氟烷基硅氧烷化学通式为CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3，其中n的取值范围为2～200，m的取值范围为1～200。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述全氟烷基硅氧烷化学通式CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3中n的取值范围为3～18，m的取值范围为1.5～2.5。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述全氟烷基硅氧烷化学通式CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3中n的取值范围为6～10，m的取值范围为2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一中所述酸为冰醋酸、盐酸或硫酸。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中所述碳纤维织物为碳纤维织物束、碳纤维织物布、碳纤维织物毡或碳纤维织物三维织物。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一所述混合溶液按重量百分比由0.2％～6％全氟烷基硅氧烷、3％～8％水、3％～8％酸，其余为乙醇组成。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一所述混合溶液按重量百分比由0.5％～2％全氟烷基硅氧烷、5％水、6％酸，其余为乙醇组成。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤四中将经过步骤三处理的碳纤维织物在110℃烘干。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤四中烘干时间为10h。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式中超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由0.3％全氟烷基硅氧烷、1％水、10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理40min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中15s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在90℃烘干3h～12h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。
本实施方式步骤五中所述的船型支撑体是长为35mm、宽为40mm、高为10m的玻璃框。
具体实施方式十二：本实施方式中超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由0.5％全氟烷基硅氧烷、10％水、10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理60min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中50s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在100℃烘干10h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。
本实施方式中CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3的结构式为：
具体实施方式十三：本实施方式中超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由1.0％全氟烷基硅氧烷、10％水、10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理60min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中50s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在100℃烘干10h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。
具体实施方式十四：本实施方式中超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由2.0％全氟烷基硅氧烷、10％水、10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理60min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中50s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在100℃烘干10h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。
具体实施方式十五：本实施方式中超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由4.0％全氟烷基硅氧烷、10％水、10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理60min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中50s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在100℃烘干10h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。
具体实施方式十六：本实施方式中超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由8.0％全氟烷基硅氧烷、10％水、10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理60min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中50s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在100℃烘干10h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。
Claims (10)
1.超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于超疏水碳纤维织物船的制备方法如下：一、将按重量百分比由0.1％～8％全氟烷基硅氧烷、1％～10％水、1％～10％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理30min～120min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、将碳纤维织物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中10s～60s，然后晾干；三、重复步骤二2～5次；四、将经过步骤三处理的碳纤维织物在80℃～150℃烘干3h～12h；五、将经过步骤四处理的碳纤维织物包裹在船型支撑体外面，即得超疏水碳纤维织物船。
2.根据权利要求1所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤一中所述全氟烷基硅氧烷化学通式为CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3，其中n的取值范围为2～200，m的取值范围为1～200。
3.根据权利要求2所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤一中所述全氟烷基硅氧烷化学通式CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3中n的取值范围为3～18，m的取值范围为1.5～2.5。
4.根据权利要求2所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤一中所述全氟烷基硅氧烷化学通式CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3中n的取值范围为6～10，m的取值范围为2。
5.根据权利要求1或2所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤一中所述酸为冰醋酸、盐酸或硫酸。
6.根据权利要求1或2所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤二中所述碳纤维织物为碳纤维织物束、碳纤维织物布、碳纤维织物毡或碳纤维织物三维织物。
7.根据权利要求1或2所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤一所述混合溶液按重量百分比由0.2％～6％全氟烷基硅氧烷、3％～8％水、3％～8％酸，其余为乙醇组成。
8.根据权利要求1或2所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤一所述混合溶液按重量百分比由0.5％～2％全氟烷基硅氧烷、5％水、6％酸，其余为乙醇组成。
9.根据权利要求1或2所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤四中将经过步骤三处理的碳纤维织物在110℃烘干。
10.根据权利要求1或2所述超疏水碳纤维织物船的制备方法，其特征在于步骤四中烘干时间为10h。
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