一种改性碳纤维增强无机复合材料及其制备方法

1.本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体地，涉及一种改性碳纤维增强无机复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.碳纤维是主要由碳原子组成，具有高强度、高刚度、高耐化学性、高温耐受性和低热膨胀等优点。不同于传统的聚合物浸渍碳纤维复合材料，超细水泥浸渍碳纤维复合材料是一种新型的混凝土筋材，具有抗拉强度高、轻质高强、耐腐蚀和耐高温等优点，在建筑加固、建造轻量化薄壳建筑构件、构建复杂建筑形状等领域有广阔的应用前景。
3.然而，纯碳纤维表面和水泥基质之间的附着力差，而且碳纤维材料本身的疏水特性，使得水泥基浆液的浸渍工艺变得极为困难。因此，为了解决水泥浸渍碳纤维复合材料界面粘结存在的问题，有必要研究一种改性碳纤维增强无机复合材料。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种改性碳纤维增强无机复合材料及其制备方法。
5.根据本发明的一个方面，提供一种改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，包括：
6.提供水泥基浆液；
7.提供碳纤维束，所述碳纤维束的表面具有上浆剂，将所述水泥基浆液盛放于浆液槽中，将所述碳纤维束上下交替地穿过所述浆液槽中的辊，得到浸渍水泥基浆液的碳纤维束；所述浆液槽的出口端设有锥形喷嘴，所述锥形喷嘴的大口端靠近所述浆液槽；将所述浸渍水泥基浆液的碳纤维束穿过所述锥形喷嘴，经拉拔力作用形成棒状碳纤维；
8.将所述棒状碳纤维垂直悬挂在空气中风干，待其变硬成为碳纤维棒后，覆盖薄膜恒温养护，再放入密封袋中恒温养护，得到改性碳纤维增强无机复合材料。
9.可选的，所述提供水泥基浆液，包括：
10.依次加入水、硅灰水溶液和减水剂一进行混合搅拌，使硅灰水溶液分散，得到硅灰溶液；
11.然后缓慢掺入超细水泥和超细高炉矿渣并持续搅拌，再加入减水剂二，使超细水泥和超细高炉矿渣均匀分散于所述硅灰溶液中，形成混合浆液；
12.将所述混合浆液搅拌均匀，得到水泥基浆液。
13.可选的，所述依次加入水、硅灰水溶液和减水剂一进行混合搅拌，其中：硅灰水溶液23～25份、减水剂一0.9～1.5份、水22～23份。
14.可选的，所述缓慢掺入超细水泥和超细高炉矿渣并持续搅拌，再加入减水剂二，其中：超细水泥23～25份，超细高炉矿渣23～25份，减水剂二1.3～1.8份。
15.可选的，所述将所述混合浆液搅拌均匀，其中：以每分钟6000～8000转搅拌2-5分
钟。
16.可选的，所述浆液槽具有三～五条辊。
17.可选的，所述碳纤维束的表面具有上浆剂，其中：所述上浆剂采用热塑性聚合物、环氧树脂和乙烯基酯中的任意一种。
18.可选的，所述将所述棒状碳纤维垂直悬挂在空气中风干，其中：风干时间为1～2小时。
19.可选的，所述覆盖薄膜恒温养护，再放入密封袋中恒温养护，其中：覆盖薄膜20～30℃恒温养护3～7天；于密封袋中20～30℃恒温养护33～43天。
20.根据本发明的另一方面，提供一种改性碳纤维增强无机复合材料，该材料采用上述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法制备得到。
21.与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
22.1、本发明提供的改性碳纤维增强无机复合材料及其制备方法，通过使用表面具有上浆剂的碳纤维束，能够有效提高碳纤维与水泥浸渍基质的结合程度，提升水泥涂层的浸渍效果。
23.2、本发明提供的改性碳纤维增强无机复合材料，配方简单，并且制备方法机械化程度高，有利于自动化生产，从而提高碳纤维混凝土的制备效率，进一步推广碳纤维混凝土材料的应用。
24.3、本发明提供的改性碳纤维增强无机复合材料及其制备方法，碳纤维束表面的上浆剂涂层对于碳纤维界面具有良好的改性效果，能够优化改性碳纤维增强无机复合材料的力学性能，同时解决水泥涂层浸渍效果不佳的问题。由本发明制备生产的改性碳纤维增强无机复合材料具有卓越的抗弯强度和耐腐蚀性，有望于代替钢筋，成为未来建筑领域的主要材料之一。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1为本发明实施例1中浆液槽结构示意图；图1中：1为浆液槽，2为辊，3为锥形喷嘴；
27.图2为本发明实施例1中改性碳纤维增强无机复合材料产品的形貌示意图；
28.图3为本发明实施例1中三点弯曲试验结构示意图；
29.图4为本发明实施例1中热塑性聚合物处理的改性碳纤维增强无机复合材料碳元素价态图；
30.图5为本发明实施例1中热塑性聚合物处理的改性碳纤维增强无机复合材料氧元素价态图；
31.图6为本发明实施例2中环氧树脂处理的改性碳纤维增强无机复合材料碳元素价态图；
32.图7为本发明实施例2中环氧树脂处理的改性碳纤维增强无机复合材料氧元素价态图；
33.图8为本发明实施例3中乙烯基酯处理的改性碳纤维增强无机复合材料碳元素价
态图；
34.图9为本发明实施例3中乙烯基酯处理的改性碳纤维增强无机复合材料氧元素价态图。
35.图10为本发明对比例中无上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料碳元素价态图；
36.图11为本发明对比例中无上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料氧元素价态图。
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
38.本发明实施例提供一种改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，该方法包括：
39.s1、提供水泥基浆液；
40.s2、提供碳纤维束，碳纤维束的表面具有上浆剂，将水泥基浆液盛放于浆液槽中，将碳纤维束上下交替地穿过浆液槽中的辊，得到浸渍水泥基浆液的碳纤维束；浆液槽的出口端设有锥形喷嘴，锥形喷嘴的大口端靠近浆液槽；将浸渍水泥基浆液的碳纤维束穿过锥形喷嘴，经拉拔力作用形成棒状碳纤维；
41.s3、将棒状碳纤维垂直悬挂在空气中风干，待其变硬成为碳纤维棒后，覆盖薄膜恒温养护，再放入密封袋中恒温养护，得到改性碳纤维增强无机复合材料。
42.上述步骤s1中的水泥基浆液用于浸渍碳纤维，按重量份数计，水泥基浆液包括：超细水泥23～25份、超细高炉矿渣23～25份、硅灰水溶液23～25份、减水剂一0.9～1.5份、减水剂二1.3～1.8份和水22～23份；减水剂一和减水剂二可以采用相同的物质。在一些实施方式中，提供水泥基浆液，包括以下步骤：依次加入水、硅灰水溶液和减水剂一进行混合搅拌，利用减水剂一充分分散硅灰水溶液中的微米硅颗粒，使硅灰水溶液分散，得到硅灰溶液；然后缓慢掺入超细水泥和超细高炉矿渣并持续搅拌，再加入减水剂二，利用减水剂二充分分散超细水泥和超细高炉矿渣颗粒，使超细水泥和超细高炉矿渣均匀分散于硅灰溶液中，形成混合浆液；将混合浆液搅拌均匀，得到水泥基浆液。
43.在一些实施方式中，依次加入水、硅灰水溶液和减水剂一进行混合搅拌，其中：硅灰水溶液23～25份、减水剂一0.9～1.5份、水22～23份。
44.在一些实施方式中，缓慢掺入超细水泥和超细高炉矿渣并持续搅拌，再加入减水剂二，其中：超细水泥23～25份，超细高炉矿渣23～25份，减水剂二1.3～1.8份。优选地，超细水泥和超细高炉矿渣的平均粒径在5μm以下。碳纤维丝之间的间距在10微米以下，超细水泥和超细高炉矿渣使用5μm以下的平均粒径，使得水泥基悬浮液的固体颗粒可以穿过最外层碳纤维，进入到碳纤维复丝的内部。
45.由于超细水泥和超细高炉矿渣存在搅拌困难的问题，低速搅拌无法均匀分散固体颗粒。在一些实施方式中，将混合浆液搅拌均匀，其中：以每分钟6000～8000转搅拌2-5分钟，从而能够有效分散水泥基浆液的颗粒，有利于碳纤维的均匀浸渍。
46.上述实施例中，若浆液槽中辊的数量过少，则碳纤维束浸渍效果不良；若辊的数量过多，则使得碳纤维束受到的阻力增大，容易损伤碳纤维束，优选地，步骤s2中的浆液槽具有三～五条辊，可以在实现良好浸渍效果的同时保证碳纤维束不受损伤。
47.在一些实施方式中，碳纤维束表面的上浆剂分别采用热塑性聚合物、环氧树脂和乙烯基酯中的任意一种，从而提高碳纤维的亲水性。
48.在一些实施方式中，在步骤s4中，风干时间为1～2小时，使得碳纤维增强无机复合材料的强度满足移动要求，使其在移动的过程中不受损坏。
49.上述实施例中，因为刚生产的碳纤维增强无机复合材料较长，且抗弯强度较低，覆盖薄膜养护可以使碳纤维增强无机复合材料硬度增加，满足切割的硬度要求后进行切割后，再放入密封袋中养护，可以减少密封养护的空间，避免出现水泥基质中的水分过度挥发而影响水泥基材料的水化过程、降低碳纤维增强无机复合材料的抗弯强度的问题。优选地，覆盖薄膜20～30℃恒温养护3～7天；于密封袋中20～30℃恒温养护33～43天，使得水泥基材料快速水化，达到强度要求。
50.本发明另一实施例提供一种改性碳纤维增强无机复合材料，该材料采用上述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法制备得到。该改性碳纤维增强无机复合材料，通过使用表面具有上浆剂的碳纤维束，能够有效提高碳纤维与水泥浸渍基质的结合程度，提升水泥涂层的浸渍效果；从而解决碳纤维表面疏水导致的碳纤维复合材料强度不足问题以及矿物涂层浸渍工艺困难的问题。本发明实施例中的改性碳纤维增强无机复合材料配方简单，并且制备方法机械化程度高，有利于自动化生产，从而提高碳纤维混凝土的制备效率，进一步推广碳纤维混凝土材料的应用。
51.以下以具体实施例和对比例对本技术的技术方案作进一步地说明。
52.实施例1
53.本实施例提供的改性碳纤维增强无机复合材料，其制备方法包括：
54.步骤1、制备水泥基浆液
55.先准备制备水泥基浆液所需的材料，按重量份数计，包括：超细水泥25份，超细高炉矿渣25份，硅灰水溶液25份，减水剂一0.9份、减水剂二1.3份和水23份。水泥基浆液配料表见表1。
56.表1水泥基浆液配料
[0057][0058]
[0059]
首先将硅灰水溶液、减水剂和水混合搅拌，使硅灰水溶液分散；接着缓慢掺入超细水泥和超细高炉矿渣并持续搅拌，使超细水泥和超细高炉矿渣均匀分散于硅灰溶液中，形成浆液；最后将混合浆液以每分钟6000～8000转搅拌2-5分钟，得到用于浸渍碳纤维的水泥基浆液。
[0060]
步骤2、制备改性碳纤维增强无机复合材料
[0061]
提供碳纤维束，碳纤维束的表面具有热塑性聚合物上浆剂，将上述用于浸渍碳纤维的水泥基浆液盛放于浆液槽1中，浆液槽1结构示意图如图1所示；浆液槽1中设有五条辊2，碳纤维束上下交替地穿过辊2。浆液槽的出口端设有锥形喷嘴3，锥形喷嘴3的大口端靠近浆液槽1，碳纤维束穿过浆液槽出口端的锥形喷嘴3，经拉拔力作用后形成棒状碳纤维；
[0062]
最后将浸渍过的碳纤维束垂直悬挂在空气中风干2小时，待其变硬成为碳纤维棒后，覆盖薄膜20℃恒温养护7天，随后放入密封袋中20℃恒温养护33天，得到改性碳纤维增强无机复合材料，其电镜表征结果如图2所示。
[0063]
养护结束后进行三点弯曲试验，三点弯曲试验的示意图如图3所示，通过切割改性碳纤维增强无机复合材料，得到相同长度的15个试件，经热塑性聚合物上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料的三点抗弯试验数据如表2所示。
[0064]
表2热塑性聚合物处理的改性碳纤维增强无机复合材料的三点抗弯试验数据
[0065][0066]
[0067]
需要说明的是，改性碳纤维增强无机复合材料的生产过程中，由于试件的离散型，各试件的直径存在差异，且不可能为标准的圆形截面，因此，三点弯曲试验计算的抗弯强度和断裂能存在差异。
[0068]
进一步地，对上述热塑性聚合物处理的改性碳纤维增强无机复合材料进行xps测试，对样品表面化学元素及其价态定性、定量分析，见表3所示，对应的价态图分别如图4和图5所示。
[0069]
表3热塑性聚合物处理的改性碳纤维增强无机复合材料表面化学元素及价态表
[0070][0071]
实施例2
[0072]
本实施例提供的改性碳纤维增强无机复合材料，其制备方法包括：
[0073]
步骤1、制备水泥基浆液，其具体步骤和过程同实施例1；
[0074]
步骤2、制备改性碳纤维增强无机复合材料
[0075]
提供碳纤维束，碳纤维束的表面具有环氧树脂上浆剂；将上述用于浸渍碳纤维的水泥基浆液盛放于浆液槽中，浆液槽中设有五条辊，碳纤维束上下交替地穿过辊。浆液槽的出口端设有锥形喷嘴，碳纤维束穿过浆液槽出口端的锥形喷嘴，经拉拔力作用后形成棒状碳纤维；
[0076]
最后将浸渍过的碳纤维束垂直悬挂在空气中风干2小时，待其变硬成为碳纤维棒后，覆盖薄膜20℃恒温养护7天，随后放入密封袋中20℃恒温养护33天。
[0077]
养护结束后进行三点弯曲试验，通过切割改性碳纤维增强无机复合材料，得到相同长度的11个试件，经环氧树脂上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料的三点抗弯试验数据如表4所示。
[0078]
表4环氧树脂处理的改性碳纤维增强无机复合材料的三点抗弯试验数据
[0079]
试件编号抗弯强度(mpa)断裂能(kn/m)环氧树脂-01377.0223.63环氧树脂-02478.2535.65环氧树脂-03478.3730.46环氧树脂-04288.6721.81环氧树脂-05383.4740.10环氧树脂-06478.8239.73环氧树脂-07400.1848.34环氧树脂-08288.5721.04环氧树脂-09331.9428.58
环氧树脂-10430.0855.15环氧树脂-11314.8234.70平均值386.3834.47
[0080]
进一步地，对上述环氧树脂处理的改性碳纤维增强无机复合材料进行xps测试，对样品表面化学元素及其价态定性、定量分析，见表5所示，对应的价态图分别如图6和图7所示。
[0081]
表5环氧树脂处理的改性碳纤维增强无机复合材料表面化学元素及价态
[0082][0083]
实施例3
[0084]
本实施例提供的改性碳纤维增强无机复合材料，其制备方法包括：
[0085]
步骤1、制备水泥基浆液，其具体步骤和过程同实施例1；
[0086]
步骤2、制备改性碳纤维增强无机复合材料
[0087]
提供碳纤维束，碳纤维束的表面具有乙烯基酯上浆剂；将上述用于浸渍碳纤维的水泥基浆液盛放于浆液槽中，浆液槽中设有五条辊，碳纤维束上下交替地穿过辊。浆液槽的出口端设有锥形喷嘴，碳纤维束穿过浆液槽出口端的锥形喷嘴，经拉拔力作用后形成棒状碳纤维；
[0088]
最后将浸渍过的碳纤维束垂直悬挂在空气中风干2小时，待其变硬成为碳纤维棒后，覆盖薄膜20℃恒温养护7天，随后放入密封袋中20℃恒温养护33天。
[0089]
养护结束后进行三点弯曲试验，通过切割改性碳纤维增强无机复合材料，得到相同长度的9个试件，经乙烯基酯上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料的三点抗弯试验数据如表6所示。
[0090]
表6乙烯基酯处理的改性碳纤维增强无机复合材料的三点抗弯试验数据表
[0091]
试件编号抗弯强度(mpa)断裂能(kn/m)乙烯基酯-01184.0020.17乙烯基酯-02239.4330.31乙烯基酯-03282.1837.61乙烯基酯-04229.5221.62乙烯基酯-05339.1823.80乙烯基酯-06370.3934.38乙烯基酯-07243.5419.57乙烯基酯-08184.3926.50乙烯基酯-09284.6522.44
平均值261.9226.27
[0092]
进一步地，对上述乙烯基酯处理的改性碳纤维增强无机复合材料进行xps测试，对样品表面化学元素及其价态定性、定量分析，见表7所示，对应的价态图分别如图8和图9所示。
[0093]
表7乙烯基酯处理的改性碳纤维增强无机复合材料表面化学元素及价态
[0094][0095][0096]
对比例1
[0097]
步骤1：制备水泥基浆液，其具体步骤和过程同实施例1；
[0098]
步骤2：制备改性碳纤维增强无机复合材料
[0099]
提供表面无上浆剂的碳纤维束，将上述用于浸渍碳纤维的水泥基浆液盛放于浆液槽中，浆液槽中设有五条辊，碳纤维束上下交替地穿过辊。浆液槽的出口端设有锥形喷嘴，碳纤维束穿过浆液槽出口端的锥形喷嘴，经拉拔力作用后形成棒状碳纤维；
[0100]
最后将浸渍过的碳纤维束垂直悬挂在空气中风干2小时，待其变硬成为碳纤维棒后，覆盖薄膜20℃恒温养护7天，随后放入密封袋中20℃恒温养护33天。
[0101]
养护结束后进行三点弯曲试验，通过切割上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料，得到相同长度的15个试件，无上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料的三点抗弯试验数据如表8所示。
[0102]
表8无上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料的三点抗弯试验数据
[0103][0104][0105]
进一步地，对上述无上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料进行xps测试，对样品表面化学元素及其价态定性、定量分析，见表9所示，对应的价态图分别如图10和图11所示。
[0106]
表9无上浆剂处理的改性碳纤维增强无机复合材料表面化学元素及价态
[0107][0108]
需要说明的是，c-c最为稳定，不易与混凝土反应，因此c-c键含量越高，碳纤维与混凝土的粘合性越差。而c-o、c＝o、oc＝o分别可以与混凝土形成氢键、化学键、离子键，极大程度上提高碳纤维与混凝土的粘合。
[0109]
对比例1与实施例1～3的区别在于，没有采用上浆剂对碳纤维表面进行上浆处理，
而实施例1～3分别采用热塑性聚合物、环氧树脂和乙烯基酯作为上浆剂进行上浆处理。
[0110]
下面对实施例1～3得到的改性碳纤维增强无机复合材料和对比例1得到的复合材料分别从力学性能、化学元素及价态占比原理等方面进行对比分析。
[0111]
由表8，根据三点弯曲试验测试结果，对比例1为无上浆剂处理的碳纤维复合材料，其抗弯强度平均值为166.41mpa，断裂能平均值为11.97kn/m。
[0112]
与对比例1相比，实施例1～3的改性碳纤维增强无机复合材料的抗弯强度和断裂能均得到不同程度的提高。其中，实施例2的抗弯强度和断裂能均为最高。
[0113]
根据表9的xps测试结果，对比例1的复合材料，其碳元素占比93.27％，其中c-c占75.8％，c-o占11.6％，c＝o占4.0％，oc＝o占6.5％，π-π*占2.1％；氧元素占比4.43％，其中，c＝o占22.7％，c-o占60.5％，-oh占16.8％；氮元素占比2.30％。对比例1中，无上浆剂的碳纤维相对于其他上浆剂改性的碳纤维，表面碳原子数最多，而无上浆剂的碳纤维相对于其他上浆剂改性的碳纤维，表面氧原子数最少。结果表明，无上浆剂的碳纤维表面含氧官能团数量最少。由于c-c最为稳定，几乎无法与混凝土表面产生化学键连接，因此无上浆剂的碳纤维呈现惰性疏水表面，和周围的水泥基质无法形成有效的化学连接，从而降低了抗弯强度和断裂能。
[0114]
根据表3的xps测试结果，实施例1的改性碳纤维增强无机复合材料，其碳元素占比85.70％，其中c-c占77.1％，c-o占7.5％，c＝o占10.9％，oc＝o占3.3％，π-π*占1.2％；氧元素占比12.38％，其中，c＝o占34.1％，c-o占11.1％，-oh占54.8％；氮元素占比1.92％。与对比例1相比，实施例1的复合材料碳元素含量更小，氧元素含量更大，因此实施例1的抗弯强度和断裂能均大于对比例。其原因是碳纤维表面的羟基(c-o)可以与水泥基质中的水化产物形成氢键，而碳纤维表面的醛基(c＝o)可以与周围的水泥基质形成化学键，同时碳纤维表面含有少量羧基(oc＝o)，可以与周围的水泥基质中的钙元素形成离子键，极大程度上提高碳纤维与混凝土的结合度。实施例1的c-c含量小于对比例，使得最终实施例1的抗弯强度和断裂能均大于对比例1。
[0115]
根据表7的xps测试结果，实施例3的改性碳纤维增强无机复合材料，其碳元素占比80.05％，其中c-c占55.0％，c-o占22.1％，c＝o占20.4％，oc＝o占2.1％，π-π*占0.4％；氧元素占比19.95％，其中，c＝o占1.5％，c-o占90.3％，-oh占8.2％。与对比例1相比，实施例3的复合材料碳元素含量更小，氧元素含量更大，因此实施例3的抗弯强度和断裂能均大于对比例。其原因是碳纤维表面的羟基(c-o)可以与水泥基质中的水化产物形成氢键，而碳纤维表面的醛基(c＝o)可以与周围的水泥基质形成化学键，同时碳纤维表面含有少量羧基(oc＝o)，可以与周围的水泥基质中的钙元素形成离子键，极大程度上提高碳纤维与混凝土的结合度。
[0116]
根据表5的xps测试结果，实施例2的改性碳纤维增强无机复合材料，其碳元素占比76.78％，其中c-c占45.5％，c-o占8.0％，c＝o占45.0％，oc＝o占1.3％，π-π*占0.2％；氧元素占比22.79％，其中，c＝o占2.0％，c-o占89.5％，-oh占8.5％；氮元素占比0.43％。与实施例1和实施例3相比，实施例2中碳元素含量最少，氧元素含量最大，官能团数量最多，其中碳纤维表面的羟基(c-o)可以与水泥基质中的水化产物形成氢键，而碳纤维表面的醛基(c＝o)占大多数，可以与周围的水泥基质形成化学键，大大增加碳纤维表面的亲水性。同时实施例2中的碳纤维表面还发现了少量羧基(oc＝o)，可以与周围的水泥基质中的钙元素形成离
子键。因此实施例2的改性碳纤维增强无机复合材料结合度最好，抗弯强度和断裂能最大。
[0117]
根据三点弯曲试验，实施例3的抗弯强度小于实施例1，实施例3的断裂能小于实施例1。然而，实施例3的氧含量大于实施例1，实施例3相对于实施例1含有更多的含氧官能团。这种结果可能是因为，实施例1中的热塑性聚合物中的含氧官能团活性更高，而实施例3中的乙烯基酯中的含氧官能团活性更低。因此，相对于实施例3，实施例1可以与周围水泥基质形成更多的化学键，从而促进碳纤维增强无机复合材料抗弯强度和断裂能的增长。
[0118]
上述实验表明，本发明实施例采用的上述上浆剂，均有增强碳纤维与周围水泥基质界面粘结的作用。其中，实施例2中的环氧树脂上浆剂，对于碳纤维表面的含氧量和活性增强效果最明显，最适合于生产碳纤维增强水泥浸渍复合材料。而热塑性聚合物上浆剂略优于乙烯基酯上浆剂，两者都可以对碳纤维增强无机复合材料的抗弯强度起到显著的增强效果。
[0119]
上述实施例提供的改性碳纤维增强无机复合材料及其制备方法，采用上浆剂涂层，对于界面具有良好改性效果，从而能够提高改性碳纤维增强无机复合材料的力学性能，同时解决水泥涂层浸渍效果不佳的问题。本发明上述实施例中的改性碳纤维增强无机复合材料，其卓越的抗弯强度和耐腐蚀性，有望于代替钢筋，成为未来建筑领域的主要材料之一。
[0120]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

技术特征：
1.一种改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，包括：提供水泥基浆液；提供碳纤维束，所述碳纤维束的表面具有上浆剂，将所述水泥基浆液盛放于浆液槽中，将所述碳纤维束上下交替地穿过所述浆液槽中的辊，得到浸渍水泥基浆液的碳纤维束；所述浆液槽的出口端设有锥形喷嘴，所述锥形喷嘴的大口端靠近所述浆液槽；将所述浸渍水泥基浆液的碳纤维束穿过所述锥形喷嘴，经拉拔力作用形成棒状碳纤维；将所述棒状碳纤维垂直悬挂在空气中风干，待其变硬成为碳纤维棒后，覆盖薄膜恒温养护，再放入密封袋中恒温养护，得到改性碳纤维增强无机复合材料。2.根据权利要求1所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述提供水泥基浆液，包括：依次加入水、硅灰水溶液和减水剂一进行混合搅拌，使硅灰水溶液分散，得到硅灰溶液；然后缓慢掺入超细水泥和超细高炉矿渣并持续搅拌，再加入减水剂二，使超细水泥和超细高炉矿渣均匀分散于所述硅灰溶液中，形成混合浆液；将所述混合浆液搅拌均匀，得到水泥基浆液。3.根据权利要求2所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述依次加入水、硅灰水溶液和减水剂一进行混合搅拌，其中：硅灰水溶液23～25份、减水剂一0.9～1.5份、水22～23份。4.根据权利要求2所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述缓慢掺入超细水泥和超细高炉矿渣并持续搅拌，再加入减水剂二，其中：超细水泥23～25份，超细高炉矿渣23～25份，减水剂二1.3～1.8份。5.根据权利要求2所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述将所述混合浆液搅拌均匀，其中：以每分钟6000～8000转搅拌2-5分钟。6.根据权利要求1所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述浆液槽具有三～五条辊。7.根据权利要求1所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维束的表面具有上浆剂，其中：所述上浆剂采用热塑性聚合物、环氧树脂和乙烯基酯中的任意一种。8.根据权利要求1所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述将所述棒状碳纤维垂直悬挂在空气中风干，其中：风干时间为1～2小时。9.根据权利要求1所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述覆盖薄膜恒温养护，再放入密封袋中恒温养护，其中：覆盖薄膜20～30℃恒温养护3～7天；于密封袋中20～30℃恒温养护33～43天。10.一种改性碳纤维增强无机复合材料，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的改性碳纤维增强无机复合材料的制备方法制备得到。

技术总结
本发明提供一种改性碳纤维增强无机复合材料及其制备方法，制备方法包括：提供水泥基浆液；提供表面具有上浆剂的碳纤维束，将水泥基浆液盛放于浆液槽中，将碳纤维束上下交替地穿过浆液槽中的辊，得到浸渍水泥基浆液的碳纤维束；浆液槽出口端设有锥形喷嘴；将浸渍水泥基浆液的碳纤维束穿过锥形喷嘴，形成棒状碳纤维；将棒状碳纤维垂直悬挂在空气中风干，待其变硬成为碳纤维棒后，覆盖薄膜恒温养护，再放入密封袋中恒温养护，得到改性碳纤维增强无机复合材料。本发明能够有效提高碳纤维与水泥浸渍基质的结合程度，提升水泥涂层的浸渍效果。提升水泥涂层的浸渍效果。提升水泥涂层的浸渍效果。


技术研发人员：李环宇 汪清远 杨健 任奕岩 赵庆禄 陆敏铖 赵栋 尹博 樊清怡 朱禹翰 张安山 庞博 黄栩浩 王义戈 潘珠峰
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/15