一种碳化硅纤维复合毡及其制备方法与流程

本发明涉及一种碳化硅纤维复合毡体的制备方法，特别涉及一种碳化硅纤维复合毡及其制备方法。

背景技术：

1、湿法非织造成毡技术是以水为介质，使短纤维均匀的悬浮于水中，并借水流作用，使纤维沉积在透水的帘带或多孔滚筒上，形成湿的纤网。国际非织造布协会定义是：“湿法成网是由水槽悬浮的纤维沉集而制成的纤维网，再经固网等一系列加工而成的一种纸状非织造布。”即湿法非织造布是水、纤维及化学助剂在专门的成形器中脱水而制成的纤维网，经物理、化学方法固网后所获得的非织造布。

2、目前，碳化硅纤维毡主要制备方式有静电纺丝和针刺法。静电纺丝制备速度极慢，产量低；针刺法由于碳化硅纤维模量大，抱合力小，针刺困难且由于碳化硅纤维脆性大，针刺过程中对纤维的损伤较大。相较于以上两种方法，湿法非织造技术对纤维密度高、柔性差、刚性较大和纤维间的包合力很差的纤维物质有相当的优越性。而在湿法非织造技术中首要的问题是：纤维原料在浆液中能否顺利分散；因此配置一款对碳化硅纤维有优良分散作用的浆液是碳化硅纤维湿法毡制备的关键条件。

3、然而由于碳化硅纤维表面成惰性，缺乏含氧官能团，纤维模量较大，制备均匀水性分散浆料、成型均匀表面困难，因此专利cn 105386237 a，使用了聚碳硅烷不熔化纤维作为前驱体，经气流开松后混入纸浆中，湿法沉积烘干后放入高温炉内进行烧结得到碳化硅纤维毡。所述将聚碳硅烷不熔化纤维毡置于高温炉中，在高纯氮气保护下，按15-240℃/h的速度升温至1000-1300℃，保温1-1.5h，制得碳化硅纤维毡。

4、目前现有的碳化硅纤维毡制备技术中操作工艺较为复杂，均以聚碳硅烷作为前驱体进行制备，成型后进行烧结，制备时间长，对设备要求高，单次制备量少，产量低，无法准确控制纤维毡的克重，连续化生产困难，需要高温及高纯氮气保护，耗能较高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的第一个目的是在于提供一种碳化硅纤维复合毡的制备方法，本发明提供的制备方法制备工艺简单，生产成本低、可连续化生产、产品规格自由可控，能够可调控碳化硅纤维复合毡不同电磁波段的电磁波吸收率。

2、本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的碳化硅纤维复合毡。该碳化硅纤维复合毡可调控不同电磁波段的电磁波吸收率，且具备优良的韧性、柔软度。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、本发明一种碳化硅纤维复合毡的制备方法，将短切碳化硅纤维进行等离子体表面处理，然后将短切玻璃纤维、短切碳纤维中的一种与短切碳化硅纤维加入纳米分散液中，获得纤维悬浮液，将纤维悬浮液进行脱水成型、干燥、固化即得；所述纳米分散液，由以下质量份组份构成：表面活性剂0.5～25份、气相二氧化硅粉0.2～15份、增稠剂0.1～10份、消泡剂0.1～0.5份、柔软剂0.5～10份、水39.5-98.6份。

5、本发明的制备方法，先通过低温等离子体对短切纤维进行表面处理，只改变材料表面的物理和化学特性，在碳化硅纤维表面引入羧基、羟基、羰基等亲水基团，提高了碳化硅纤维表面的浸润性，有利于纤维在纳米分散液中的分散，与常规氧化方式相比表面刻蚀效果更明显，能够一定程度降低碳化硅纤维刚性，提高纤维柔韧性，一定程度上降低分散时产生的絮集问题，同时也有利于增加纤维与树脂材料之间的接触面积提高结合强度，提高复合材料性能，另外等离子体处理引入的亲水基团量无明显区别。

6、然后将短切玻璃纤维、短切碳纤维中的一种与短切碳化硅纤维共同置于纳米分散液中进行分散，本发明所提供的，可以同时适配短切玻璃纤维、短切碳纤维、表面改性后的短切碳化硅纤维，使他们均能够均匀分散于纳米分散液中，本发明在分散液中，掺入了气相二氧化硅粉，其在分散液中可以进一步的发挥表面改性的作用，促进碳化硅在水中的分散剂，同时还可以发挥骨架支撑的作用，首先，气相二氧化硅在复合毡成形过程中形成了一种网状结构，这种结构提供了坚固的支撑框架，可以防止复合纤维在成形过程中的变形和断裂，这种骨架支撑作用使得复合毡的整体结构更加稳定，增加了其机械强度和抗拉伸性能，此外，这种结构还有助于薄毡保持一定的厚度和形状，使得其更加适合于各种应用场景。其次，气相二氧化硅可以在碳化硅纤维表面形成一层氧化硅的包覆层，从而对纤维的表面进行改性，这种表面改性可以提高碳化硅纤维的化学稳定性和抗氧化性能，延长其使用寿命，同时，这种包覆层还可以减少纤维之间的摩擦力，提高纤维的柔韧性和抗磨损性能，此外，氧化硅的表面改性还可以影响纤维与基体的粘结性能，增强纤维复合毡的整体稳定性。而纳米分散液中的表面活性剂可以改善分散液的黏稠度和流动性，并促进纤维材料与分散液的湿润和分散，具有分散、润湿和减小表面张力的特性，可以在纤维材料和液体之间形成一层薄膜，提高纤维材料与混合液的相容性。增稠剂也有利于改变分散液的粘度和触变性能，可使纤维分散不沉淀，其中的柔软剂可以提高纤维的抗静电性能及增加纤维亲水性能，改善纤维的柔软度，更重要的是，使得碳化硅纤维与其他纤维的柔软度更加的适配，从而可以获得均匀分散的复合毡。

7、作为一种优选的方案，表面活性剂15～20份、气相二氧化硅1～5份、增稠剂4～10份、消泡剂0.1～0.5份、柔软剂5～10份、水39.5～98.6份。

8、作为一种优选的方案，所述短切碳化硅纤维、短切玻璃纤维、短切碳纤维的长度均为4～15mm。本发明控制纤维的长度均为4～15mm，有利于后续的分散、与复合，同时确保复合毡的力性能。

9、作为一种优选的方案，所述等离子体表面处理的条件为：时间为5～90min，功率为600～900w，压力为0.1～0.2mpa。发明人发现，将等离子体表面处理的条件控制在该范围内，最终效果最优，若是功率过大，压力过大，刻蚀太过明显，则有可能降低碳化硅纤维的力学性能，若是功率过小，压力过小，则改善有限。

10、作为一种优选的方案，所述短切碳化硅纤维与短切玻璃纤维的质量比为0.1～10：90～99。

11、将短切碳化硅纤维与短切玻璃纤维复合所得复合玻纤毡，成本低，在条件不严苛的情况下加入适当特定电阻率碳化硅纤维，用以调控特定波段的吸波能力。

12、作为一种优选的方案，所述短切碳化硅纤维与短切碳纤维的质量比为60-90：10-40。在本发明中，通过将短切碳化硅纤维与短切碳纤维的质量比控制在上述范围内，可以获得具有优异高温性能，导电性能，以及吸波性能的碳化硅纤维复合毡，若是碳纤维需要过量则会影响碳化硅纤维毡的耐高温性能，同时不利于获得特定波段产品。

13、作为一种优选的方案，所述纳米分散液的制备过程为：将表面活性剂、气相二氧化硅、增稠剂、消泡剂和柔软剂加入到水中后，调节ph至2-12，优选为3-6，进行砂磨制浆。发明人发现，适合的ph可以促进两种纤维的分散，当ph在3-6时，可以加快分散的进程，并且使分散更加均匀。

14、作为一种优选的方案，所述柔软剂为聚醚硅改性硅油和亲水性氨基硅油中的至少一种。

15、作为一种优选的方案，所述表面活性剂为六偏磷酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基铵盐、脂肪醇与环氧乙烷缩合物、聚乙二醇、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、聚乙烯比咯烷酮和鲸蜡硬脂醇聚氧乙烯醚中的至少一种；所述增稠剂为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和聚环氧乙烷中的至少一种；所述消泡剂为酰胺类、磷酸酯类、有机硅类、聚醚类和聚醚硅氧烷共聚物中的至少一种。

16、本发明所用磷酸丁酯类如磷酸三丁酯，有机硅类如德丰2854，烷基聚醚类如新万成s-717，聚醚硅氧烷如tego 902w。

17、作为一种优选的方案，所述砂磨制浆的时间为20～180min。

18、作为一种优选的方案，所述纤维悬浮液的粘度为5～400mpa.s；含气率为2～20％。

19、在实际操作过程中，将将纤维悬浮液送至方格网进行脱水成型。

20、作为一种优选的方案，将脱水成型后所得毡体，加入粘接剂后，再进行干燥固化，所述粘接剂的加入量为毡体质量的5-15％。

21、作为进一步的优选，所述粘接剂选自丙烯酸树脂、聚氨酯、有机硅树脂、酚醛树脂、环氧树脂中的一种。粘接剂通过浸涂的方式加入。

22、本发明还提供了上述制备方法所制备的碳化硅纤维复合毡。

23、原理与优势

24、本发明的制备方法，先通过低温等离子体对短切纤维进行表面处理，只改变材料表面的物理和化学特性，在碳化硅纤维表面引入羧基、羟基、羰基等亲水基团，提高了碳化硅纤维表面的浸润性，有利于纤维在纳米分散液中的分散，然后再将然后将短切玻璃纤维、短切碳纤维中的一种与短切碳化硅纤维共同置于纳米分散液中进行分散，本发明所提供的，可以同时适配短切玻璃纤维、短切碳纤维、表面改性后的短切碳化硅纤维，使他们均能够均匀分散于纳米分散液中，最终经脱水成型、干燥、固化获得复合毡。

25、由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

26、①本发明可一次成型，无需二次加工处理：直接采用碳化硅纤维作为原料，可一次获得碳化硅纤维复合玻璃纤维毡、碳化硅纤维复合碳纤维毡产品。

27、②因其可一次成型，故可进行连续化大批量规模化生产。

28、③工艺简单，生产效率高，无纤维损伤情况：无静电纺丝工艺生产效率慢、无针刺法损伤纤维折断纤维的情况。

29、④生产成本低，无高耗能环节：生产所用原料均可重复使用，制备工艺无高温环节耗能低。

30、⑤生产规格自由可控，成型产品质量稳定：采用湿法非织造成毡技术直接控制纤维毡厚度及单位面积质量，玻璃纤维与碳化硅纤维、碳纤维与碳化硅纤维重量比及单位面积质量，产品稳定可靠。

31、⑥可自由控制碳化硅纤维与玻璃纤维、碳化硅纤维与碳纤维的重量比，同时碳化硅纤维具有可调电学性能，可制备对不同波段电磁波有良好吸收效果的碳化硅纤维复合玻璃纤维毡产品；通过复合碳化硅纤维/碳纤维，两种纤维均匀分布，改善碳化硅纤维毡的柔韧性，提高物理性能。