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CN102094324A - 超疏水碳纤维织物的制备方法 - Google Patents

超疏水碳纤维织物的制备方法 Download PDF

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CN102094324A
CN102094324A CN 201010555271 CN201010555271A CN102094324A CN 102094324 A CN102094324 A CN 102094324A CN 201010555271 CN201010555271 CN 201010555271 CN 201010555271 A CN201010555271 A CN 201010555271A CN 102094324 A CN102094324 A CN 102094324A
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CN
China
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carbon fiber
fiber fabric
superhydrophobic
preparation
acid
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Pending
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CN 201010555271
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English (en)
Inventor
姜再兴
黄玉东
刘丽
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Harbin Institute of Technology Shenzhen
Original Assignee
Harbin Institute of Technology Shenzhen
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Abstract

超疏水碳纤维织物的制备方法，它涉及一种碳纤维织物的制备方法。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，即得超疏水碳纤维织物。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。所制备的超疏水碳纤维织物可以作为主要建造材料用于制造小型船舶、潜水艇，以及作为外层披挂材料披挂于船舶、潜水艇的外表面。

Description

超疏水碳纤维织物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维织物的制备方法。
背景技术
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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。
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维织物增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
由于碳纤维表面的类石墨结构，导致其表面能低。这使得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。然而，低表面正是制备超疏水材料的重要条件之一。
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的制备方法。
本发明超疏水碳纤维织物的制备方法如下：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，即得超疏水碳纤维织物；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。所制备的超疏水碳纤维织物可以作为主要建造材料用于制造小型船舶、潜水艇，以及作为外层披挂材料披挂与船舶、潜水艇的外表面。采用超疏水碳纤维织物制造的船舶、潜水艇具有质量轻、水下行驶阻力小、隐身、承载力大、耐腐蚀的特点。披挂有超疏水碳纤维织物的船舶同样具有水下航行阻力小、隐身能力强、承载力大、耐腐蚀的特点。
附图说明
图1是具体实施方式十六中所得超疏水碳纤维织物与水的二维接触角图片；图2是具体实施方式十六中所得超疏水碳纤维织物与水的三维接触角图片。
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，即得超疏水碳纤维织物。
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二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二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二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二相同。
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的制备方法如下：一、将按重量百分比由0.1％全氟烷基硅氧烷、1％水、1％酸，其余为乙醇组成的混合溶液超声处理30min，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，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℃烘干3h，即得超疏水碳纤维织物。
本实施方式中CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3的结构式为：
Figure BDA0000033785210000041
具体实施方式十二：本实施方式中超疏水碳纤维织物的制备方法如下：一、将按重量百分比由8％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150℃烘干12h，即得超疏水碳纤维织物。
本实施方式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；步骤一中所述酸为盐酸；步骤二中所述碳纤维织物为碳纤维织物布。
具体实施方式十三：本实施方式中超疏水碳纤维织物的制备方法如下：一、将按重量百分比由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，即得超疏水碳纤维织物。
本实施方式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；步骤一中所述酸为盐酸；步骤二中所述碳纤维织物为碳纤维织物束。
具体实施方式十四：本实施方式中超疏水碳纤维织物的制备方法如下：一、将按重量百分比由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，即得超疏水碳纤维织物。
本实施方式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；步骤一中所述酸为冰醋酸；步骤二中所述碳纤维织物为碳纤维织物毡。
具体实施方式十五：本实施方式中超疏水碳纤维织物的制备方法如下：一、将按重量百分比由1.5％全氟烷基硅氧烷、5％水、6％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40s，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8h，即得超疏水碳纤维织物。
本实施方式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1，m的取值范围为2；步骤一中所述酸为冰硫酸；步骤二中所述碳纤维织物为碳纤维织物三维织物。
具体实施方式十六：本实施方式中超疏水碳纤维织物的制备方法如下：一、将按重量百分比由1％全氟烷基硅氧烷、5％水、6％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40s，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8h，即得超疏水碳纤维织物。
本实施方式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1，m的取值范围为2；步骤一中所述酸为冰硫酸；步骤二中所述碳纤维织物为碳纤维织物三维织物。

Claims (10)

1.超疏水碳纤维织物的制备方法，其特征在于超疏水碳纤维织物的制备方法如下：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，即得超疏水碳纤维织物。
2.根据权利要求1所述超疏水碳纤维织物的制备方法，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的制备方法，其特征在于步骤四中烘干时间为10h。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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