碳纤维是一种由有机母体纤维在1000～3000℃的高温惰性气体下分解而制得的无机材料，具有低密度、高强度、高模量等优良的特性。因此在航空、航天、生物材料以及民用工业等许多高技术领域有着广泛的应用前景。但是由于碳纤维抗氧化性能比较差，在400℃以上的空气中就会出现明显的失重和强度降低的现象，而且碳纤维与某些金属基体的浸润性不好，很难形成致密、性能优良的复合材料[2]。
本课题采用溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯为前驱体，无水乙醇为溶剂，盐酸伪抑制剂制备溶胶，然后用浸蘸方法在碳纤维表面涂覆溶胶，然后凝胶化和热处理，在碳纤维表明成功涂覆TiO2薄膜。并探讨了水、乙醇的加入量和涂覆次数对其抗氧化性的影响，并以硫酸铜为烧结助剂在碳纤维表面制得TiO2涂层。利用XRD、SEM和TEM分析了涂层相组成及形貌。
关键词 碳纤维 溶胶凝胶法 TiO2薄膜 抗氧化性能
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景和意义 1
1.2 钛醇盐气相分解法 2
1.3 化学沉淀法 2
1.4 热避低压MOCVD法 3
1.5 丝网印刷法 3
1.6 溶胶- 凝胶法 3
1.7 研究目的、内容及意义 6
1.8 本课题要研究和解决的问题 6
2 TiO2涂层碳纤维的制备 8
2.1 实验原料和规格 8
2.2 主要仪器及型号 8
2.3 碳纤维的预处理 8
2.4 TiO2溶胶的制备 9
2.5 碳纤维表面TiO2涂层的制备 9
2.6 TiO2 涂层碳纤维的分析 9
2.7 TiO2 涂层的单因素实验 12
2.8 小结 14
3 致密化涂层的制备 15
3.1 硫酸铜为烧结助剂 15
3.2 氧化硼为烧结助剂 20
4 复合涂层的制备 24
4.1 实验原料和规格 24
主要仪器及型号 24
4.2 碳纤维的预处理 24
4.3 混合溶胶的制备 25
4.4 碳纤维表面复合涂层的涂覆步骤同上2.5所述 25
4.5 复合涂层碳纤维的分析 25
5 总结 28
致 谢 29
参考文献 30
研究目的、内容及意义
纳米二氧化钛薄膜制备技术很多, 但大多停留在实验室制备阶段, 还不能放大到工业生产中。未来纳米二氧化钛薄膜制备工艺的发展方向应以降低成本、提高光催化性能和亲水性、在太阳能电池上的利用等应用性能为重点。很多发达国家均进行了纳米二氧化钛薄膜的研究, 并实现了工业化。国内外的纳米二氧化钛的需求量越来越大, 应抓住机遇, 利用中国丰富的钛资源开发出新工艺。
制备Ti02薄膜的制备方法有：钛醇盐气相分解法、化学沉淀法和热避低压MOCVD法等。溶胶- 凝胶法是目前制备无机材料薄膜使用最广的一种方法，因为该法生产成本低,简单易行，适合各种形状基体成膜，操作简单适合工业化大生产，二氧化钛成膜时所需的温度低，所以深受重视。其原理是：以适当的无机盐或有机盐为原料制备溶胶，把溶胶涂覆在基材表面，经水解和缩聚反应等在基材表面凝胶成膜，再经干燥、焙烧与烧结来获得表面膜。
1.8 本课题要研究和解决的问题
本课题从改变各种工艺条件出发，探讨所形成的的二氧化钛薄膜对碳纤维抗氧化性影响。从而找到最佳的工艺条件来提高碳纤维的抗氧化性。具体的有以下几个方面：
① 碳纤维的涂层方式对其抗氧化性的影响；
②原料配比对碳纤维抗氧化性的影响；
③涂层厚度对碳纤维抗氧化性影响；
④无机化条件对碳纤维抗氧化性影响。
