本發(fā)明涉及保溫材料領域，尤其是一種粘膠基短纖維保溫復合材料。
背景技術：
1、碳纖維是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維保溫材料(例如碳纖維保溫氈)具有導熱系數(shù)小、熱容量低、線性膨脹系數(shù)小、高溫下機械強度不變、耐腐蝕、輕量化等優(yōu)異性能，以其優(yōu)越的耐高溫性能、高溫保溫性能、易成型加工性能和低雜質(zhì)含量而廣泛應用于在高溫真空爐或惰性氣氛爐內(nèi)。目前碳纖維保溫材料按照原料類型分為三大類：聚丙烯腈(pan)基碳纖維保溫材料、粘膠基碳纖維保溫材料、瀝青基碳纖維保溫材料，保溫性能的優(yōu)劣直接影響高溫設備的運行工藝和能耗高低，一些研究已有報道，保溫性能粘膠基最好。本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異保溫性能的粘膠基短纖維的制備方法。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明以粘膠基碳纖維為原料，將其短切后和輔料a溶液混合，再將混合后的短切纖維放入真空管式爐中加熱，得到預處理碳纖維，接著輔料b溶液與預處理碳纖維混合得到混合碳纖維，并將混合碳纖維放入烘箱中交聯(lián)固化得到混合凝膠，最終將混合凝膠進行高溫裂解反應，最終制得短纖維硬質(zhì)保溫復合材料，本發(fā)明的粘膠基短纖維保溫復合材料，熱導率低，具有較好的機械性能，且密度、耐高溫性能優(yōu)異。
2、粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，所述方法包括：
3、1)將粘膠纖維預處理，然后將處理后的粘膠纖維置于管式爐中，抽真空，加熱，通入水蒸氣，保溫；將通入的水蒸氣換為通入氨氣，升溫，保溫；將通入的氨氣換為通入二氧化碳，保溫，然后冷卻至室溫，得到粘膠基碳纖維；
4、2)將硼酸、聚乙烯醇和2,2-二羥基聯(lián)苯分散在乙醇溶劑中，加入氨水調(diào)節(jié)ph值，得到輔料a溶液；
5、3)將步驟1的粘膠基碳纖維進行短切得到短纖維，然后與和輔料a溶液混合，加熱后過濾得到固體；
6、4)將步驟3的產(chǎn)物放入真空管式爐中，在氮氣保護下，熱處理，得到預處理碳纖維；
7、5)將可溶性鋯鹽，草酸，聚乙烯醇和丙三醇分散于去離子水中，攪拌均勻，得到鋯溶膠；將酚醛樹脂和聚乙烯亞胺分散于乙醇中得到酚醛樹脂混合液，；將鋯溶膠和酚醛樹脂混合液混合，得到輔料b溶液；
8、6)將步驟4的預處理碳纖維、輔料b溶液，正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷混合均勻后，放入烘箱中加熱，交聯(lián)固化得到混合凝膠；
9、7)將混合凝膠放入高溫爐中，氮氣保護，熱處理，得到粘膠基短纖維保溫復合材料。
10、進一步的，所述步驟1中的預處理過程包括，將粘膠纖維放入90-100℃的水中浸泡0.5-3h，烘干，再浸泡在50-70℃、濃度為3-6wt％的磷酸氫二銨水溶液中，浸泡0.5-3h，烘干。
11、進一步的，所述步驟1中，將處理后的粘膠纖維置于管式爐中，抽真空，加熱至600-700℃，通入水蒸氣，所述水蒸氣的流速為50-100ml/min，保持1-2h；將通入的水蒸氣換為通入氨氣，升溫至850-900℃，所述氨氣的流速為50-100ml/min，保持2-4h后；將通入的氨氣換為通入二氧化碳，所述二氧化碳的流速為50-100ml/min，保持0.2-0.5h后，保持二氧化碳通入冷卻至室溫，得到粘膠基碳纖維。
12、進一步的，所述步驟2中，將硼酸、聚乙烯醇和2,2-二羥基聯(lián)苯以質(zhì)量比1：2-2.5：2-2.5的比例分散在乙醇溶劑中，其中硼酸與乙醇的質(zhì)量比為1：100-150，加入氨水調(diào)節(jié)ph值為4-6，得到輔料a溶液。
13、進一步的，所述步驟3中，所述短纖維與和輔料a溶液以質(zhì)量比1：1.5-3的比例混合，70-90℃加熱3-6h，過濾得到固體。
14、進一步的，所述步驟4中，將步驟3的產(chǎn)物放入真空管式爐中，在氮氣保護下，以100-150℃加熱1-2h，然后升溫至1000-1200℃，熱處理4-6h，得到預處理碳纖維。
15、進一步的，所述步驟5中，將硝酸鋯，草酸，聚乙烯醇和丙三醇以質(zhì)量比100：10-15：5-10：5-10的比例分散于去離子水中，其中硝酸鋯與去離子水的質(zhì)量比為10-15：100；80-90℃攪拌，得到鋯溶膠；將酚醛樹脂和聚乙烯亞胺以質(zhì)量比10：1的比例分散于乙醇中得到酚醛樹脂混合液，其中酚醛樹脂和乙醇的質(zhì)量比為3-6：100；將鋯溶膠和酚醛樹脂混合液以質(zhì)量比1：1.5-2的比例混合，得到輔料b溶液。
16、進一步的，所述步驟6中，將步驟4的預處理碳纖維、輔料b溶液，正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷以質(zhì)量比100：100-120：5-10：5-10的比例混合均勻后，放入烘箱中加熱2-6h，交聯(lián)固化得到混合凝膠。
17、進一步的，所述步驟7中，將混合凝膠放入高溫爐中，氮氣保護，800-900℃下加熱5-7h，然后升溫至2000-2200℃加熱0.5-1h，得到粘膠基短纖維保溫復合材料。
18、進一步的，一種粘膠基短纖維保溫復合材料，其特征是：所述材料采用所述的方法制備得到。
19、本發(fā)明的有益技術效果
20、本發(fā)明與傳統(tǒng)工藝相比的有益效果是：
21、1)通過將粘膠纖維在水蒸氣下高溫氧化，在粘膠纖維表面生成氧化基團，從而提高了氨氣在高溫下在其表面氨基活化效率，然后含氮基團與其后加入二氧化碳在高溫下反應，從而使纖維表面生成含有碳化氮的基團，碳化氮基團能夠提高纖維的表面活性，同時，也能夠提高纖維的機械強度；
22、2)硼酸、聚乙烯醇在2,2-二羥基聯(lián)苯的作用下能夠在高溫下在經(jīng)過預處理的碳纖維表面形成穩(wěn)定的碳化硼高溫保護層，進而降低了碳纖維在其后高溫碳化時的降解速率，能夠保護碳纖維，提供優(yōu)異的力學性能，并且碳化硼的存在也能夠有效改善纖維和二氧化鋯陶瓷集體的界面結(jié)合狀態(tài)；
23、3)而通過鋯溶膠、酚醛樹脂和聚乙烯亞胺和混合，由于聚乙烯亞胺的電荷吸附能力，能夠在分散的過程中對于碳纖維進行更均勻地分散，從而提高碳纖維在凝膠中的分散性能，提高材料的力學性能，并且，短切碳纖維和陶瓷粉體可以提高凝膠的堆積密度，同時酚醛樹脂和聚乙烯亞胺在高溫碳化過程中裂解為多孔碳，在提高保溫性能的同時提高保溫材料的密度和強度。
1.一種粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟1中的預處理過程包括，將粘膠纖維放入90-100℃的水中浸泡0.5-3h，烘干，再浸泡在50-70℃、濃度為3-6wt％的磷酸氫二銨水溶液中，浸泡0.5-3h，烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟1中，將處理后的粘膠纖維置于管式爐中，抽真空，加熱至600-700℃，通入水蒸氣，所述水蒸氣的流速為50-100ml/min，保持1-2h；將通入的水蒸氣換為通入氨氣，升溫至850-900℃，所述氨氣的流速為50-100ml/min，保持2-4h后；將通入的氨氣換為通入二氧化碳，所述二氧化碳的流速為50-100ml/min，保持0.2-0.5h后，保持二氧化碳通入冷卻至室溫，得到粘膠基碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟2中，將硼酸、聚乙烯醇和2,2-二羥基聯(lián)苯以質(zhì)量比1：2-2.5：2-2.5的比例分散在乙醇溶劑中，其中硼酸與乙醇的質(zhì)量比為1：100-150，加入氨水調(diào)節(jié)ph值為4-6，得到輔料a溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟3中，所述短纖維與和輔料a溶液以質(zhì)量比1：1.5-3的比例混合，70-90℃加熱3-6h，過濾得到固體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟4中，將步驟3的產(chǎn)物放入真空管式爐中，在氮氣保護下，以100-150℃加熱1-2h，然后升溫至1000-1200℃，熱處理4-6h，得到預處理碳纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟5中，將硝酸鋯，草酸，聚乙烯醇和丙三醇以質(zhì)量比100：10-15：5-10：5-10的比例分散于去離子水中，其中硝酸鋯與去離子水的質(zhì)量比為10-15：100；80-90℃攪拌，得到鋯溶膠；將酚醛樹脂和聚乙烯亞胺以質(zhì)量比10：1的比例分散于乙醇中得到酚醛樹脂混合液，其中酚醛樹脂和乙醇的質(zhì)量比為3-6：100；將鋯溶膠和酚醛樹脂混合液以質(zhì)量比1：1.5-2的比例混合，得到輔料b溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟6中，將步驟4的預處理碳纖維、輔料b溶液，正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷以質(zhì)量比100：100-120：5-10：5-10的比例混合均勻后，放入烘箱中加熱2-6h，交聯(lián)固化得到混合凝膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘膠基短纖維保溫復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟7中，將混合凝膠放入高溫爐中，氮氣保護，800-900℃下加熱5-7h，然后升溫至2000-2200℃加熱0.5-1h，得到粘膠基短纖維保溫復合材料。
10.一種粘膠基短纖維保溫復合材料，其特征是：所述材料采用權(quán)利要求1-9任一項所述的方法制備得到。