專利名稱：超疏水碳纖維織物船的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種 纖維織物船的制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維是含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖 維。顧名思義，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性， 是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖 維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹， 耐蝕性出類拔萃。有學(xué)者在1981年將PAN基CF浸泡在強(qiáng)堿NaOH溶液中，時間已過 去20多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉 強(qiáng)度一般都在3500MPa以上，是鋼的7 9倍，抗拉彈性模量為23000 43000MPa亦高 于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000MPa/(g/cm3)以上， 而、鋼的比強(qiáng)度僅為59MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，貝Ij 構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程 的廣闊應(yīng)用前景，綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶 瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能，不少人預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時代進(jìn)入到一個 復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時代。碳纖維50年代主要應(yīng)用在火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)，到 80年代被廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。同時，隨著高性能及超高 性能的碳纖維的相繼出現(xiàn)，它應(yīng)用的范圍越來越廣，碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，無蠕 變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好， 纖維的密度低，X射線透過性好。但其表面能低，與其他材料結(jié)合性能不佳，在使用前 經(jīng)常需要進(jìn)行表面改性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種表面覆蓋一薄層聚全氟烷基硅氧烷的超疏水碳纖 維織物船的制備方法。本發(fā)明超疏水碳纖維織物船的制備方法如下一、將按重量百分比由0.1% 8%全氟烷基硅氧烷、 10%水、 10%酸，其余為乙醇組成的混合溶液超聲處 理30min 120min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、將碳纖維織物浸入全氟烷基硅氧 烷溶液中IOs 60s，然后晾干；三、重復(fù)步驟二 2 5次；四、將經(jīng)過步驟三處理的 碳纖維織物在80°C 150°C烘干3h 12h ；五、將經(jīng)過步驟四處理的碳纖維織物包裹在 船型支撐體外面，即得超疏水碳纖維織物船；步驟一中所述全氟烷基硅氧烷化學(xué)通式為 CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3，其中η的取值范圍為2 200，m的取值范圍為1 200 ；步驟 一中所述酸為冰醋酸、鹽酸或硫酸；步驟二中所述碳纖維織物為碳纖維織物束、碳纖維 織物布、碳纖維織物氈或碳纖維織物三維織物。本發(fā)明所述的碳纖維織物中纖維束之間的空隙不大于900微米，已保證水可以在碳纖維表面不漏下去。本專利揚長避短，在發(fā)揮碳纖維織物的諸多優(yōu)點的同時，也發(fā)揮其被認(rèn)為“缺 點”的表面能低的特點。本發(fā)明利用在碳纖維織物本身宏觀的粗糙度表面涂覆疏水性物 質(zhì)(全氟烷基硅氧烷)的方法實現(xiàn)了碳纖維織物表面的超疏水。本發(fā)明是一種簡便的、通過溶液浸漬法制備成具有超級浮力的碳纖維纖維織物 微型船的方法。本發(fā)明首先通過化學(xué)反應(yīng)的手段將具有低表面能的全氟烷基硅氧烷交 聯(lián)于經(jīng)過抽提處理的碳纖維的纖維表面，再經(jīng)過加熱固化形成超疏水碳纖維纖維織物， 最后制備成碳纖維纖維織物船，所制備的碳纖維纖維織物船具有質(zhì)量輕、水下行駛阻力 小、隱身、承載力大、耐腐蝕的特點。本發(fā)明制備的碳纖維纖維織物船載重質(zhì)量可達(dá) 27g，額外載重質(zhì)量可達(dá)llg。


圖1是具體實施方式
十一所制備超疏水碳纖維織物船的示意圖；圖2是具體實 施方式十二至十六所制備超疏水碳纖維織物船的載重實驗結(jié)果對比圖，A表示具體實施 方式十二所制備超疏水碳纖維織物船的載重實驗結(jié)果，B表示具體實施方式
十三所制備 超疏水碳纖維織物船的載重實驗結(jié)果，C表示具體實施方式
十四所制備超疏水碳纖維織 物船的載重實驗結(jié)果，D表示具體實施方式
十五所制備超疏水碳纖維織物船的載重實驗 結(jié)果，E表示具體實施方式
十六所制備超疏水碳纖維織物船的載重實驗結(jié)果；圖3是具體 實施方式十二至十六所制備超疏水碳纖維織物船的額外載重實驗結(jié)果對比圖，A表示具 體實施方式十二所制備超疏水碳纖維織物船的額外載重實驗結(jié)果，B表示具體實施方式
十三所制備超疏水碳纖維織物船的額外載重實驗結(jié)果，C表示具體實施方式
十四所制備 超疏水碳纖維織物船的額外載重實驗結(jié)果，D表示具體實施方式
十五所制備超疏水碳纖 維織物船的額外載重實驗結(jié)果，E表示具體實施方式
十六所制備超疏水碳纖維織物船的額 外載重實驗結(jié)果。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間 的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中超疏水碳纖維織物船的制備方法如下一、將 按重量百分比由0.1% 8%全氟烷基硅氧烷、 10%水、 10%酸，其余為乙醇 組成的混合溶液超聲處理30min 120min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、將碳纖維織 物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中10s 60s，然后晾干；三、重復(fù)步驟二 2 5次；四、將 經(jīng)過步驟三處理的碳纖維織物在80°C 150°C烘干3h 12h ；五、將經(jīng)過步驟四處理的 碳纖維織物包裹在船型支撐體外面，即得超疏水碳纖維織物船。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述全氟烷 基硅氧烷化學(xué)通式為CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3，其中n的取值范圍為2 200，m的取值 范圍為1 200。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述全氟烷 基硅氧烷化學(xué)通式CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3中n的取值范圍為3 18，m的取值范圍為1.5 2.5。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述全氟烷 基硅氧烷化學(xué)通式CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3中η的取值范圍為6 10，m的取值范圍為 2。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟一中所 述酸為冰醋酸、鹽酸或硫酸。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二中所 述碳纖維織物為碳纖維織物束、碳纖維織物布、碳纖維織物氈或碳纖維織物三維織物。 其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟一所述 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 為乙醇組成。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟一所述 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，其余為乙醇組 成。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟四中將 經(jīng)過步驟三處理的碳纖維織物在110°c烘干。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟四中烘 干時間為10h。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式中超疏水碳纖維織物船的制備方法如下一、 將按重量百分比由0.3%全氟烷基硅氧烷、水、10%酸，其余為乙醇組成的混合溶液 超聲處理40min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、將碳纖維織物浸入全氟烷基硅氧烷溶 液中15s，然后晾干；三、重復(fù)步驟二 2 5次；四、將經(jīng)過步驟三處理的碳纖維織物在 90°C烘干3h 12h;五、將經(jīng)過步驟四處理的碳纖維織物包裹在船型支撐體外面，即得 超疏水碳纖維織物船。本實施方式步驟五中所述的船型支撐體是長為35mm、寬為40mm、高為IOm的
玻璃框。
具體實施方式
十二 本實施方式中超疏水碳纖維織物船的制備方法如下一、 將按重量百分比由0.5%全氟烷基硅氧烷、10%水、10%酸，其余為乙醇組成的混合溶液 超聲處理60min，形成全氟烷基硅氧 烷溶液；二、將碳纖維織物浸入全氟烷基硅氧烷溶 液中50s，然后晾干；三、重復(fù)步驟二 2 5次；四、將經(jīng)過步驟三處理的碳纖維織物在 100°C烘干IOh;五、將經(jīng)過步驟四處理的碳纖維織物包裹在船型支撐體外面，即得超疏 水碳纖維織物船。本實施方式中CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3的結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1.超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于超疏水碳纖維織物船的制備方法如 下一、將按重量百分比由0.1% 8%全氟烷基硅氧烷、 10%水、 10%酸， 其余為乙醇組成的混合溶液超聲處理30min 120min，形成全氟烷基硅氧烷溶液；二、 將碳纖維織物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中IOs 60s，然后晾干；三、重復(fù)步驟二 2 5 次；四、將經(jīng)過步驟三處理的碳纖維織物在80°C 150°C烘干3h 12h;五、將經(jīng)過步 驟四處理的碳纖維織物包裹在船型支撐體外面，即得超疏水碳纖維織物船。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟一中所述全 氟烷基硅氧烷化學(xué)通式為CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3，其中η的取值范圍為2 200，m的 取值范圍為1 200。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟一中所述全 氟烷基硅氧烷化學(xué)通式CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3中η的取值范圍為3 18，m的取值范圍 為 1.5 2.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟一中所述全 氟烷基硅氧烷化學(xué)通式CF3(CF2)nSi(OCmH2m+1)3中η的取值范圍為6 10，m的取值范圍 為2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟一中所 述酸為冰醋酸、鹽酸或硫酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟二中所 述碳纖維織物為碳纖維織物束、碳纖維織物布、碳纖維織物氈或碳纖維織物三維織物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟一所述 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 為乙醇組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟一所 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，其余為乙醇組 成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟四中將 經(jīng)過步驟三處理的碳纖維織物在110°C烘干。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述超疏水碳纖維織物船的制備方法，其特征在于步驟四中 烘干時間為10h。
全文摘要
超疏水碳纖維織物船的制備方法，它涉及一種纖維織物船的制備方法。本發(fā)明的目的是為了提供一種表面覆蓋一薄層聚全氟烷基硅氧烷的超疏水碳纖維織物船的制備方法。本方法如下將碳纖維織物浸入全氟烷基硅氧烷溶液中，然后晾干，重復(fù)2～5次，烘干，將經(jīng)過處理的碳纖維織物包裹在船型支撐體外面，即得超疏水碳纖維織物船。本發(fā)明利用在碳纖維織物本身宏觀的粗糙度表面涂覆疏水性物質(zhì)(全氟烷基硅氧烷)的方法實現(xiàn)了碳纖維織物表面的超疏水，所制備的碳纖維纖維織物船具有質(zhì)量輕、水下行駛阻力小、隱身、承載力大、耐腐蝕的特點。
文檔編號D06M13/513GK102019996SQ20101055528
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者劉麗, 姜再興, 黃玉東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)