一种长碳纤维增强钛合金复合材料的制作方法

1.5h，制得改性长碳纤维。
15.进一步，所述的硝酸溶液的质量分数为60-65％。
16.进一步，所述的覆膜液由如下步骤制成：
17.步骤b1：将正硅酸乙酯和乙醇混合均匀后，在转速为200-300r/min，温度为60-70℃的条件下，搅拌并加入氨水，进行反应10-15h后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，继续反应5-8h，制得改性二氧化硅凝胶；
18.步骤b2：将氧化铝粉末分散在去离子水中，加入铜粉，在转速为200-300r/min的条件下，进行搅拌2-3h后，加入改性二氧化硅凝胶和peg10000，继续搅拌5-7h制得覆膜液。
19.进一步，步骤b1所述的正硅酸乙酯、乙醇、氨水、γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量体积比为7：100：6.8：1.5。
20.进一步，步骤b2所述的氧化铝粉末、去离子水、铜粉、改性二氧化硅凝胶、peg10000的用量比为8.5g：50ml：3.5g：10ml：8ml。
21.进一步，所述的防腐涂膜由如下步骤制成：
22.步骤c1：将聚丙二醇1000和环氧树脂e-44混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为80-90℃的条件下，进行搅拌并加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，进行反应3-4h，制得中间体1；
23.反应过程如下：
[0024][0025]
步骤c2：将三聚氯氰溶于丙酮中，在转速为150-200r/min，温度为0-5℃的条件下，进行搅拌并加入苯骈三氮唑，进行反应6-8h后，升温至温度为40-50℃，加入2-氨基苯并咪唑，继续反应6-8h，制得中间体2，将中间体1、中间体2、丙酮、氢氧化钠混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为80-90℃的条件下，进行反应8-10h，制得中间体3；
[0026]
反应过程如下：
[0027][0028]
步骤c3：将中间体3、聚苯胺、钛白粉、二乙烯三胺、滑石粉、分散剂、流平剂、消泡剂混合均匀后，再进行球磨过100目筛网，制得防腐涂膜。
[0029]
进一步，步骤c1所述的聚丙二醇1000、环氧树脂e-44、二苯基甲烷二异氰酸酯的用量摩尔比为1：2：2。
[0030]
进一步，步骤c2所述的三聚氯氰、苯骈三氮唑、2-氨基苯并咪唑的用量摩尔比为1:1:1,中间体1、中间体2、氢氧化钠的用量摩尔比为1：1：1。
[0031]
进一步，步骤c3所述的中间体3、聚苯胺、钛白粉、二乙烯三胺、滑石粉、分散剂、流平剂、消泡剂的用量质量比为80-100：2-5：15-20：2-3：3-5：0.2-0.5：0.2-0.5：0.2-0.5，分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种任意比例混合，流平剂为异佛尔酮、二丙酮醇、solvesso150中的一种或多种任意比例混合，消泡剂为三烷基三聚氰胺、氰脲酰氯三聚氰胺、月桂酸中的一种或多种任意比例混合。
[0032]
本发明的有益效果：本发明制备一种长碳纤维增强钛合金复合材料，由改性长碳纤维与钛合金粉末复合后，经过覆膜液覆膜处理，再用防腐涂膜喷涂处理，制得长碳纤维增强钛合金复合材料。该改性长碳纤维以长碳纤维为原料进行高温处理使得表面胶状物去除，再用硝酸溶液进行处理，使得预改性长碳纤维表面粗化，制得改性长碳纤维，覆膜液以正硅酸乙酯为原料进行水解后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷再次水解，使得制备出的改性二氧化硅凝胶表面接枝有大量活性氨基，再将氧化铝粉末分散在去离子水中，形成氧化铝溶胶与铜粉、改性二氧化硅凝胶、peg10000共混制得覆膜液，该覆膜液在进行高温处理后，会在复合板材表面形成一层金属陶瓷保护膜，该保护膜能够防止长碳纤维增强钛合金复合
材料直接与腐蚀性物质接触，保证了材料不易被腐蚀，同时防腐涂膜以环氧树脂e-44、聚丙二醇1000、二苯基甲烷二异氰酸酯为原料，二苯基甲烷二异氰酸酯上的异氰酸酯基与聚丙二醇1000两端的醇羟基反应，形成异氰酸酯基封端，再与环氧树脂e-44上的环氧基反应，制得中间体1，将三聚氯氰通过温度控制依次与苯骈三氮唑和2-氨基苯并咪唑反应，制得中间体2，将中间体1和中间体2在氢氧化钠的作用下，进行反应制得中间体3，再将中间体3与聚苯胺、钛白粉、二乙烯三胺、滑石粉、分散剂、流平剂、消泡剂共混，制得防腐涂膜，该防腐涂膜涂覆在金属陶瓷保护膜表面涂膜保护，聚苯胺本身具有很好的耐腐蚀效果，与中间体3复配使得耐腐蚀效果进一步提升，同时中间体3上的苯骈三氮唑和2-氨基苯并咪唑结构，能够与金属陶瓷保护膜内的铜粉产生的铜离子配位，增加了防腐涂膜与金属陶瓷保护膜的连接性，使得长碳纤维增强钛合金复合材料的耐腐蚀性能大幅提升。
具体实施方式
[0033]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
实施例1
[0035]
一种长碳纤维增强钛合金复合材料，由改性长碳纤维与钛合金粉末复合后，经过覆膜液覆膜处理，再用防腐涂膜喷涂处理，制得长碳纤维增强钛合金复合材料。
[0036]
该长碳纤维增强钛合金复合材料由如下步骤制成：
[0037]
步骤s1：将钛合金粉末均匀铺设在模具内，厚度为2cm，再在钛合金粉末上方铺设改性长碳纤维，然后再铺设一层钛合金粉末，至模具填满，在温度为150℃，压强为600mpa的条件下，进行保压1min后，在温度为1000℃的条件下，烧结5h，制得复合板材；
[0038]
步骤s2：将复合板材浸入覆膜液中，浸泡20s后，拉出复合板材，垂直悬挂3min后，加入马弗炉中，在温度为90℃的条件下，保温2h后，升温至温度为400℃，保温3h，制得预改性复合板材；
[0039]
步骤s3：将预改性复合板材表面涂布防腐涂膜，在温度为30℃的条件下，烘干处理，制得长碳纤维增强钛合金复合材料。
[0040]
所述的钛合金粉末包括如下百分比原料：铝3.5％、氧0.03％、铁0.05％、铌10％、锆5.5％、锡13％、余量为钛；
[0041]
所述的改性长碳纤维由如下步骤制成：
[0042]
步骤a1：将长碳纤维加入马弗炉中，在温度为560℃的条件下，进行加热30min，制得预改性长碳纤维；
[0043]
步骤a2：将预改性长碳纤维加入硝酸溶液中，在温度为50℃的条件下，浸泡1h，制得改性长碳纤维。
[0044]
所述的覆膜液由如下步骤制成：
[0045]
步骤b1：将正硅酸乙酯和乙醇混合均匀后，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，搅拌并加入氨水，进行反应10h后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，继续反应5h，制得改性二氧化硅凝胶；
[0046]
步骤b2：将氧化铝粉末分散在去离子水中，加入铜粉，在转速为200r/min的条件下，进行搅拌2h后，加入改性二氧化硅凝胶和peg10000，继续搅拌5h制得覆膜液。
[0047]
所述的防腐涂膜由如下步骤制成：
[0048]
步骤c1：将聚丙二醇1000和环氧树脂e-44混合均匀，在转速为150r/min，温度为80℃的条件下，进行搅拌并加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，进行反应3h，制得中间体1；
[0049]
步骤c2：将三聚氯氰溶于丙酮中，在转速为150r/min，温度为0℃的条件下，进行搅拌并加入苯骈三氮唑，进行反应6h后，升温至温度为40℃，加入2-氨基苯并咪唑，继续反应6h，制得中间体2，将中间体1、中间体2、丙酮、氢氧化钠混合均匀，在转速为200r/min，温度为80℃的条件下，进行反应8h，制得中间体3；
[0050]
步骤c3：将中间体3、聚苯胺、钛白粉、二乙烯三胺、滑石粉、三聚磷酸钠、异佛尔酮、三烷基三聚氰胺混合均匀后，再进行球磨过100目筛网，制得防腐涂膜。
[0051]
实施例2
[0052]
一种长碳纤维增强钛合金复合材料，由改性长碳纤维与钛合金粉末复合后，经过覆膜液覆膜处理，再用防腐涂膜喷涂处理，制得长碳纤维增强钛合金复合材料。
[0053]
该长碳纤维增强钛合金复合材料由如下步骤制成：
[0054]
步骤s1：将钛合金粉末均匀铺设在模具内，厚度为3cm，再在钛合金粉末上方铺设改性长碳纤维，然后再铺设一层钛合金粉末，至模具填满，在温度为160℃，压强为630mpa的条件下，进行保压1.3min后，在温度为1100℃的条件下，烧结6h，制得复合板材；
[0055]
步骤s2：将复合板材浸入覆膜液中，浸泡25s后，拉出复合板材，垂直悬挂4min后，加入马弗炉中，在温度为93℃的条件下，保温2.5h后，升温至温度为430℃，保温4h，制得预改性复合板材；
[0056]
步骤s3：将预改性复合板材表面涂布防腐涂膜，在温度为35℃的条件下，烘干处理，制得长碳纤维增强钛合金复合材料。
[0057]
所述的钛合金粉末包括如下百分比原料：铝4.0％、氧0.04％、铁0.06％、铌13％、锆6％、锡14％、余量为钛；
[0058]
所述的改性长碳纤维由如下步骤制成：
[0059]
步骤a1：将长碳纤维加入马弗炉中，在温度为570℃的条件下，进行加热35min，制得预改性长碳纤维；
[0060]
步骤a2：将预改性长碳纤维加入硝酸溶液中，在温度为55℃的条件下，浸泡1.3h，制得改性长碳纤维。
[0061]
所述的覆膜液由如下步骤制成：
[0062]
步骤b1：将正硅酸乙酯和乙醇混合均匀后，在转速为200r/min，温度为65℃的条件下，搅拌并加入氨水，进行反应13h后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，继续反应6h，制得改性二氧化硅凝胶；
[0063]
步骤b2：将氧化铝粉末分散在去离子水中，加入铜粉，在转速为200r/min的条件下，进行搅拌2.5h后，加入改性二氧化硅凝胶和peg10000，继续搅拌6h制得覆膜液。
[0064]
所述的防腐涂膜由如下步骤制成：
[0065]
步骤c1：将聚丙二醇1000和环氧树脂e-44混合均匀，在转速为180r/min，温度为85
℃的条件下，进行搅拌并加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，进行反应3.5h，制得中间体1；
[0066]
步骤c2：将三聚氯氰溶于丙酮中，在转速为180r/min，温度为3℃的条件下，进行搅拌并加入苯骈三氮唑，进行反应7h后，升温至温度为45℃，加入2-氨基苯并咪唑，继续反应7h，制得中间体2，将中间体1、中间体2、丙酮、氢氧化钠混合均匀，在转速为300r/min，温度为85℃的条件下，进行反应9h，制得中间体3；
[0067]
步骤c3：将中间体3、聚苯胺、钛白粉、二乙烯三胺、滑石粉、六偏磷酸钠、二丙酮醇、氰脲酰氯三聚氰胺混合均匀后，再进行球磨过100目筛网，制得防腐涂膜。
[0068]
实施例3
[0069]
一种长碳纤维增强钛合金复合材料，由改性长碳纤维与钛合金粉末复合后，经过覆膜液覆膜处理，再用防腐涂膜喷涂处理，制得长碳纤维增强钛合金复合材料。
[0070]
该长碳纤维增强钛合金复合材料由如下步骤制成：
[0071]
步骤s1：将钛合金粉末均匀铺设在模具内，厚度为4cm，再在钛合金粉末上方铺设改性长碳纤维，然后再铺设一层钛合金粉末，至模具填满，在温度为170℃，压强为650mpa的条件下，进行保压1.5min后，在温度为1200℃的条件下，烧结7h，制得复合板材；
[0072]
步骤s2：将复合板材浸入覆膜液中，浸泡30s后，拉出复合板材，垂直悬挂5min后，加入马弗炉中，在温度为95℃的条件下，保温3h后，升温至温度为450℃，保温5h，制得预改性复合板材；
[0073]
步骤s3：将预改性复合板材表面涂布防腐涂膜，在温度为40℃的条件下，烘干处理，制得长碳纤维增强钛合金复合材料。
[0074]
所述的钛合金粉末包括如下百分比原料：铝4.5％、氧0.05％、铁0.08％、铌15％、锆6.5％、锡15％、余量为钛；
[0075]
所述的改性长碳纤维由如下步骤制成：
[0076]
步骤a1：将长碳纤维加入马弗炉中，在温度为580℃的条件下，进行加热40min，制得预改性长碳纤维；
[0077]
步骤a2：将预改性长碳纤维加入硝酸溶液中，在温度为60℃的条件下，浸泡1.5h，制得改性长碳纤维。
[0078]
所述的覆膜液由如下步骤制成：
[0079]
步骤b1：将正硅酸乙酯和乙醇混合均匀后，在转速为300r/min，温度为70℃的条件下，搅拌并加入氨水，进行反应15h后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，继续反应8h，制得改性二氧化硅凝胶；
[0080]
步骤b2：将氧化铝粉末分散在去离子水中，加入铜粉，在转速为300r/min的条件下，进行搅拌3h后，加入改性二氧化硅凝胶和peg10000，继续搅拌7h制得覆膜液。
[0081]
所述的防腐涂膜由如下步骤制成：
[0082]
步骤c1：将聚丙二醇1000和环氧树脂e-44混合均匀，在转速为200r/min，温度为90℃的条件下，进行搅拌并加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，进行反应4h，制得中间体1；
[0083]
步骤c2：将三聚氯氰溶于丙酮中，在转速为200r/min，温度为5℃的条件下，进行搅拌并加入苯骈三氮唑，进行反应8h后，升温至温度为50℃，加入2-氨基苯并咪唑，继续反应
8h，制得中间体2，将中间体1、中间体2、丙酮、氢氧化钠混合均匀，在转速为300r/min，温度为90℃的条件下，进行反应10h，制得中间体3；
[0084]
步骤c3：将中间体3、聚苯胺、钛白粉、二乙烯三胺、滑石粉、焦磷酸钠、solvesso150、月桂酸混合均匀后，再进行球磨过100目筛网，制得防腐涂膜。
[0085]
对比例1
[0086]
本对比例为中国专利cn103710648a制得的长碳纤维增强钛合金复合材料。
[0087]
对比例2
[0088]
本对比例为中国专利cn112281088a制得的长碳纤维增强钛合金复合材料。
[0089]
对比例3
[0090]
本对比例与实施例1相比未进行防腐涂膜喷涂处理，其余步骤相同。
[0091]
将实施例1-3和对比例1-3制得长碳纤维增强钛合金复合材料，分别在质量分数为5％的硫酸溶液，质量分数为5％的氢氧化钠溶液，质量分数为4％的氯化钠溶液中浸泡30、50、70天观察长碳纤维增强钛合金复合材料表面是否出现腐蚀，结果如下表所示；
[0092][0093][0094]
由上表可知实施例1-3制得的长碳纤维增强钛合金复合材料，分别在质量分数为5％的硫酸溶液，质量分数为5％的氢氧化钠溶液，质量分数为4％的氯化钠溶液浸泡70天表面仍然未出现腐蚀现象，表面本发明具有很好的耐腐蚀效果。
[0095]
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。