本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種聚硼硅氧烷-碳纖維布及其溶解浸漬熱壓制備方法。

背景技術(shù)：

碳纖維布又稱碳纖維編織布或碳纖維加固布，用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗剪和抗震加固，該材料與配套浸漬膠共同使用成為碳纖維復(fù)合材料，可構(gòu)成完整的性能卓越的碳纖維布片材增強(qiáng)體系。

在眾多碳纖維布增強(qiáng)復(fù)合材料中，碳纖維布增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料質(zhì)輕、比強(qiáng)度、比剛度和比模量大、耐高溫、熱穩(wěn)定劑好，被廣泛用于航空航天、軍事、競(jìng)技體育等領(lǐng)域，可用于制造機(jī)身、方向舵、火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)殼、導(dǎo)彈散流器、魚竿、棒球棍、滑雪橇、快艇、羽毛球拍等結(jié)構(gòu)件及部隊(duì)、消防、鋼廠等特殊職業(yè)的高檔防火服。

隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，以及零部件和結(jié)構(gòu)件輕量化、高性能化及功能化的追求，應(yīng)用碳纖維布復(fù)合材料的比例越來越高，應(yīng)用碳纖維布復(fù)合材料的部件越來越大，碳纖維布復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。我國(guó)對(duì)碳纖維布復(fù)合材料的研究主要集中在環(huán)氧樹脂基材料方面。彭永利等以碳纖維布作為增強(qiáng)材料，酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂作為基體，經(jīng)過浸漬，層壓成型等工藝，制得碳纖維布增強(qiáng)酚醛環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，當(dāng)環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，該復(fù)合材料具有最大的彎曲強(qiáng)度265MPa。但環(huán)氧類膠粘劑耐高溫性能不好，隨著溫度升高，環(huán)氧類膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度迅速降低，80⁰C時(shí)其拉伸剪切強(qiáng)度僅為常溫時(shí)的37%，導(dǎo)致其在明火作用下碳纖維布與復(fù)合材料表面之間的環(huán)氧類膠粘劑過早失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題本發(fā)明提供了一種聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板及其溶解浸漬熱壓制備法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板，由經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布疊放于模具中，經(jīng)過熱壓成型得到。

聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板的溶解浸漬熱壓制備法，包括以下步驟

步驟一碳纖維布的預(yù)處理：將碳纖維布裁剪成所需要的尺寸，放入無水乙醇中用超聲波浸洗3-5分鐘，烘干后放入馬弗爐中于450⁰C煅燒1小時(shí)；

步驟二浸漬液的制備：將聚硼硅氧烷預(yù)聚體溶解在溶劑中，溶解溫度為室溫-80⁰C，配制成濃度為3-20g/L的浸漬液；

步驟三合成板的制備：將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入浸漬液3-8分鐘，取出自然晾干后，放入真空烘箱中于50⁰C下烘12小時(shí)；接下來將烘干后的碳纖維布根據(jù)所需厚度疊放在模具中，利用精密壓片機(jī)熱壓成型得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板中，纖維的含量在35%-50%。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：碳纖維布為平紋、斜紋或緞紋編織，碳纖維布的型號(hào)為1K、3K、6K或12K，密度為200、240或300g/m³。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：碳纖維布包括二維碳纖維布和三維碳纖維布。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：聚硼硅氧烷預(yù)聚體為聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體，其分子量為500-1000，硅硼的摩爾比3：1-1：1。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：制備浸漬液的溶劑可以為二甲苯、甲苯、四氫呋喃、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、吡啶中的一種或兩種以上。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：利用精密壓片機(jī)熱壓成型時(shí)溫度為260-300⁰C，壓力為6-9MPa，時(shí)間為7-15分鐘。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：碳纖維布與聚硼硅氧烷預(yù)聚體相間的層狀結(jié)構(gòu)厚度至少大于1mm。

本發(fā)明的有益效果是：利用聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板的溶解浸漬熱壓制備法制得的復(fù)合板不易分層，具有較好的力學(xué)性能及耐腐蝕耐高溫性能；本發(fā)明具有制備方法簡(jiǎn)單，易于操作的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1所示為聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板的表面掃描電鏡圖；

圖2所示為聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸斷裂后的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例。

實(shí)施例1：

將3K平紋編織，密度為200g/m³的碳纖維布裁剪成60mm×40mm尺寸，用無水乙醇超聲波浸洗3分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時(shí)。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比3：1，分子量為800。將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體于80⁰C溶解在二甲苯中，配制成濃度為10g/L的浸漬液。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入浸漬液4分鐘，取出自然晾干后，放入真空烘箱中50⁰C下烘12小時(shí)；待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到3.1mm厚度后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為260⁰C，壓力為8MPa，時(shí)間為10分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為40%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為202MPa，彈性模量為862MPa。

圖1為實(shí)施例1聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板表面的掃描電鏡圖，圖2為聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸斷裂后的掃描電鏡圖。從圖1可以清楚地看到聚硼硅氧烷基本完全浸漬到碳纖維布的經(jīng)緯線中，并與碳纖維布緊密粘結(jié)在一起，形成了遍布不同層碳纖維布全體的復(fù)合板。從圖2可以看出，聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板纖維間相互交叉和牽制，斷裂時(shí)是和拉伸方向平行的纖維斷裂，起到粘結(jié)作用的聚硼硅氧烷完全斷裂成粉狀，從而可以提高材料的強(qiáng)度和抗疲勞能力。

實(shí)施例2：

將3K平紋編織，密度為240g/m³的碳纖維布裁剪成60mm×40mm尺寸，用無水乙醇超聲波浸洗4分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時(shí)。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比3：1，分子量為700。將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體于50⁰C溶解在四氫呋喃中，配制成濃度為15g/L的浸漬液。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入浸漬液3分鐘，取出自然晾干后，放入真空烘箱中50⁰C下烘12小時(shí)；待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到2.2mm厚度后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為280⁰C，壓力為7MPa，時(shí)間為13分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為41%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為189MPa，彈性模量為726MPa。

實(shí)施例3：

將12K平紋編織，密度為300g/m³的碳纖維布裁剪成61mm×40mm尺寸，用無水乙醇超聲波浸洗4分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時(shí)。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比2：1，分子量為1000。將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體于室溫溶解于無水乙醇和二甲苯混合液中（二甲苯和無水乙醇體積比為1:1），配制成濃度為3g/L的浸漬液。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入浸漬液4分鐘，取出自然晾干后，放入真空烘箱中50⁰C下烘12小時(shí)；待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到2.0mm厚度后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為290⁰C，壓力為7MPa，時(shí)間為15分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為38%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為164MPa，彈性模量為607MPa。

實(shí)施例4：

將1K平紋編織，密度為200g/m³的碳纖維布裁剪成58mm×43mm尺寸，用無水乙醇超聲波浸洗3分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時(shí)。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比1：1，分子量為900。將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體于室溫溶解在N-甲基吡咯烷酮中，配制成濃度為20g/L的浸漬液。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入浸漬液3分鐘，取出自然晾干后，放入真空烘箱中50⁰C下烘12 小時(shí)；待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到2.9mm厚度后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為280⁰C，壓力為8MPa，時(shí)間為12分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為42%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為192MPa，彈性模量為801MPa。

實(shí)施例5

將6K平紋編織，密度為200g/m³的碳纖維布裁剪成61mm×40mm尺寸，用無水乙醇超聲波浸洗3分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時(shí)。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比3：1，分子量為800。將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體于室溫溶解在二甲苯中，配制成濃度為10g/L的浸漬液。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入浸漬液4分鐘，取出自然晾干后，放入真空烘箱中50⁰C下烘12小時(shí)；待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到4.2mm厚度后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為300⁰C，壓力為6MPa，時(shí)間為13分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為40%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為225MPa，彈性模量為859MPa。

實(shí)施例6

將6K平紋編織，密度為200g/m³的碳纖維布裁剪成58mm×39mm尺寸，用無水乙醇超聲波浸洗5分鐘，烘干后放入馬弗爐中450⁰C煅燒1小時(shí)。聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體中硅硼的摩爾比2：1，分子量為600。將聚二苯基硼硅氧烷預(yù)聚體于80⁰C溶解在二甲苯中，配制成濃度為15g/L的浸漬液。將經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布浸入浸漬液8分鐘，取出自然晾干后，放入真空烘箱中50⁰C下烘12小時(shí)；待模具涂上開模劑，將碳纖維布層疊到5.0mm厚度后，放入模具中，采用精密壓片機(jī)熱壓成型，溫度為300⁰C，壓力為9MPa，時(shí)間為7分鐘，得到聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板。所制備的碳纖維布復(fù)合板中，纖維含量為35%，制備的聚硼硅氧烷-碳纖維布復(fù)合板拉伸強(qiáng)度為248MPa，彈性模量為945MPa。

最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以補(bǔ)充闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的廣大技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者同等替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。