粉末冶金制备麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的方法

摘要

本发明公开的一种粉末冶金制备麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的方法，首先选取和处理不同组织的麻纤维织物模板，然后采用粉末冶金的方法，把麻纤维织物和Sn粉叠层铺撒均匀，再在一定压力、温度下热压烧结成型。本发明制备方法制备得到的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料，具有质轻、消振、吸音、减摩耐磨和电磁屏蔽性好的特点，提高了金属基复合材料结构的“可设计性”。其既具备了金属基复合材料的优点，又具备了连续纤维增强金属基复合材料的特征，从而提高了复合材料的综合性能，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种粉末冶金制备麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的方法。

背景技术

目前，公知的麻纤维织物结构的金属复合材料的技术有：1）材料导报[J]，2006（10）：5-7刊登的《遗态材料的研究理念和研究进展》；2）专利名称：《麻纤维遗态结构C/Sn复合材料的制备方法》，（申请号：200810231642.7，公开号：CN101381855，公开日：2009.03.11）。以上公开的技术主要以木、竹、麻、秸秆、生物矿物等天然生物材料为生物模板制备遗态结构C/金属复合材料，遗态结构处于非连续性状态，没有利用粉末冶金方法将天然纤维织物与低熔点金属复合制备麻纤维织物/Sn金属复合材料，使天然生物材料成为可设计、连续化状态的结构，增加增强效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉末冶金制备麻纤维织物结构/金属Sn复合材料的方法，在结构上保存麻纤维织物人为制造的排布方式和排布结构，构造具有“可设计性”结构的复合材料，制备出满足人们不同结构性能需求的麻纤维织物/Sn金属复合材料，使天然纤维处于连续化结构状态，解决了现有方法制备的复合材料遗态结构处于非连续性状态，增强效果不好的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种粉末冶金制备麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将麻纤维织物清洗、干燥，剪裁成所需尺寸；

步骤2：将上步得到的处理后的麻纤维织物，浸渍在质量浓度为10%-50%的热固性树脂中，在80℃下预固化0.5-2个小时；

步骤3：在步骤1得到的麻纤维织物表面铺置Sn粉得到复合层，重复该步骤，得到两个或两个以上复合层，将两个或两个以上复合层重叠放置，得到叠层织物；

或者在步骤2得到的麻纤维织物表面铺置Sn粉得到复合层，重复该步骤，得到两个或两个以上复合层，将两个或两个以上复合层重叠放置，得到叠层织物；

或者在步骤1得到的麻纤维织物表面均匀涂覆Sn粉与热固性树脂的混合物得到复合层，将复合层在80℃下预固化0.5-2个小时, 重复该步骤，得到两个或两个以上复合层，将两个或两个以上复合层重叠放置，得到叠层织物；

步骤4：将步骤3得到的叠层织物热压烧结成型后复压，制备得到本发明麻纤维织物结构/Sn金属复合材料。

本发明的特征还在于，

其中步骤1中的麻纤维织物选用苎麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维中的一种。

其中步骤2和步骤3中的热固性树脂选用酚醛树脂、环氧树脂或呋喃树脂中的一种。

其中步骤3中在步骤1得到的麻纤维织物或步骤2得到的麻纤维织物表面铺置Sn粉得到复合层，麻纤维织物与Sn粉的质量比为5-30：70-95，两者质量百分比之和为100%。

其中步骤3中在步骤1得到的麻纤维织物表面均匀涂覆Sn粉与热固性树脂的混合物得到复合层，麻纤维织物与混合物的质量比为：5-30：70-95，麻纤维织物与混合物两者质量百分比之和为100%；混合物中Sn粉与热固性树脂的质量比为：50-90：10-50，Sn粉与热固性树脂两者质量百分比之和为100%。

其中步骤4中的热压烧结成型工艺参数为：压强：20-60Mpa，温度：150℃，保温时间：1-3小时；复压工艺参数为：压强：20-60MPa，温度：150℃，保温时间：30分钟。

本发明方法的有益效果是，利用结构“可设计性”的麻纤维织物为模板，通过制备不同组织结构的模板材料，结合粉末冶金法，向织物间隙中填充导电导热塑性好的Sn，制备出具有不同组织的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料：

（1）采用麻纤维织物为模板制备织物结构/Sn金属复合材料，保留了麻纤维织物网格交叉结构，从而赋予金属基复合材料新的结构特性；

（2）基体相Sn与织物界面发生了良好的连续性结合，具备了连续纤维增强金属基复合材料的特征，从而赋予了连续性纤维增强金属复合材料新的功能特性；

（3）制备的麻纤维织物结构/ Sn金属复合材料，具有质轻，消振、吸音、减摩耐磨和电磁屏蔽性好的特点，应用前景更加广阔。

附图说明

图1是本发明制备的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的织物结构图，放大倍数为5c                                                ；

图2是本发明制备的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的织物结构图，放大倍数为20c；

图3是本发明制备的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的织物结构图，放大倍数为200c；

图4是本发明制备的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的试样密度随含锡量的变化曲线图；

图5是本发明制备的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的硬度随含锡量的变化曲线图；

图6是本发明制备的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的磨损率随含锡量的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明粉末冶金制备麻纤维织物结构/Sn金属复合材料的方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1：将麻纤维织物清洗、干燥，按所需尺寸剪裁； 

其中的麻纤维织物选用平纹、斜纹、针织或编织结构的苎麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维中的一种。

步骤2：将上步得到的处理后的麻纤维织物，浸渍在质量浓度为10%-50%的热固性树脂中一段时间后，在80℃下预固化0.5-2个小时。

其中热固性树脂选用酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂中的一种。

步骤3：在步骤1得到的麻纤维织物表面铺置Sn粉得到复合层，麻纤维织物与Sn粉的质量比为5-30：70-95，两者质量百分比之和为100%。重复该步骤，得到多个复合层，将多个复合层重叠放置，得到叠层织物；

或者在步骤2得到的麻纤维织物表面铺置Sn粉得到复合层，麻纤维织物与Sn粉的质量比为5-30：70-95，两者质量百分比之和为100%。重复该步骤，得到多个复合层，将多个复合层重叠放置，得到叠层织物；

或者在步骤1得到的麻纤维织物表面均匀涂覆Sn粉与热固性树脂的混合物得到复合层，将复合层在80℃下预固化0.5-2个小时, 重复该步骤，得到两个或两个以上复合层，将两个或两个以上复合层重叠放置，得到叠层织物；麻纤维织物与混合物的质量比为：5-30：70-95，麻纤维织物与混合物两者质量百分比之和为100%；混合物中Sn粉与热固性树脂的质量比为：50-90：10-50，Sn粉与热固性树脂两者质量百分比之和为100%。热固性树脂选用酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂中的一种。

步骤4：将上步得到的叠层织物在压强为20-60MPa，温度为150℃条件下保温1-3小时，热压烧结成型后，在压强为20-60MPa，温度为150℃条件下保温30分钟，复压数次，制备得到本发明麻纤维织物结构/Sn金属复合材料。

实施例1

将平纹组织苎麻纤维织物清洗、干燥，按所需尺寸剪裁后，采用一层织物一层Sn粉的叠层方式放置麻纤维织物和均匀铺撒Sn粉成所需层数，麻纤维织物与Sn粉的质量比为5：70，铺撒Sn粉后的织物在压强为20MPa，150℃下保温1小时热压烧结成型后，在20MPa，150℃下保温30分钟复压数次，制备出平纹组织苎麻纤维织物结构/Sn金属复合材料。

实施例2

将平纹组织亚麻纤维织物清洗、干燥，按所需尺寸剪裁后浸渍10%的酚醛树脂一段时间后在80℃下预固化0.5个小时，采用一层织物一层Sn粉的叠层方式放置麻纤维织物和均匀铺撒Sn粉成所需层数，麻纤维织物与Sn粉的质量比为30：95，铺撒Sn粉后的织物在压强为20MPa，150℃下保温1小时热压烧结成型后，在20MPa，150℃下保温30分钟复压数次，制备出平纹亚麻纤维织物结构/Sn金属复合材料。

实施例3

将斜纹组织大麻纤维织物清洗、干燥，按所需尺寸剪裁后，按Sn粉重量百分比均匀涂覆Sn粉与环氧树脂均匀混合的混合物后在80℃下预固化1个小时,并叠层放置织物成所需层数, 麻纤维织物与Sn粉的质量比为20：80，然后在压强为40MPa，150℃下保温2小时热压烧结成型后，在40MPa，150℃下保温30分钟复压数次，制备出斜纹组织大麻纤维织物结构/Sn金属复合材料。

实施例4

将针织组织剑麻纤维织物清洗、干燥，按所需尺寸剪裁后浸渍质量分数为25%的环氧树脂一段时间后在80℃下预固化1个小时,采用一层织物一层Sn粉的叠层方式放置麻纤维织物和均匀铺撒Sn粉成所需层数，麻纤维织物与Sn粉的质量比为25：95，铺撒Sn粉后的织物在压强为60MPa，150℃下保温3小时热压烧结成型后，在60MPa，150℃下保温30分钟复压数次，制备出针织组织剑麻纤维织物结构/Sn金属复合材料。

实施例5

将编织组织剑麻纤维织物清洗、干燥，按所需尺寸剪裁后浸渍质量分数为50%的呋喃树脂一段时间后在80℃下预固化2个小时，采用一层织物一层Sn粉的叠层方式放置麻纤维织物和均匀铺撒Sn粉成所需层数，麻纤维织物与Sn粉的质量比为25：95，铺撒Sn粉后的织物在压强为60MPa，150℃下保温3小时热压烧结成型后，在60MPa，150℃下保温30分钟复压数次，制备出编织组织剑麻纤维织物结构/Sn金属复合材料。

采用本发明方法制备得到的麻纤维织物结构/Sn金属复合材料，具有质轻、消振、吸音、减摩耐磨和电磁屏蔽性好的特点，提高了金属基复合材料的“可设计性”。其既具有常规金属基复合材料的优点，又具有连续纤维增强金属复合材料新的结构和功能特性。

一、从原理方面说明本发明的有益效果所在：

1.采用金属Sn粉，Sn为低熔点金属，其粉末冶金的加热温度不会超过天然纤维碳化的温度和晶态结构被破坏的温度。

2.麻纤维织物与Sn粉的质量比为5%-30%：70%-95%，因为Sn的脆性较大，加入织物结构的天然纤维可以明显改善其脆性，但麻纤维含量太大，其金属特性将减小，因此控制在该比例范围内为最佳。

二、从实验结果方面说明本发明的有益效果所在：

采用成型工艺为：酚醛树脂胶配置（30%）/麻布预处理→麻布浸渍（四个小时）→预固化→浸渍布与锡粉混合（均匀）→装模→热压（20Mpa、100℃）→压制保温（两个小时）→脱模→自然冷却→复压（20Mpa、150℃）→后处理，制备得到麻纤维织物结构/Sn金属复合材料，从图1、图2和图3可以看到Sn存在于织物的结构孔中，形成互穿网络结构，结合紧密。从图4可以看出随Sn含量的增加，复合材料密度也增加。从图5可以看出随Sn含量的增加，复合材料的硬度降低。从图6可以看出随Sn含量的增加，复合材料的磨损率是降低的，但6号样磨损率较高。