技术领域
[0001] 本
发明属于伞制备领域，具体涉及一种伞及其
碳纤维复合材料伞骨的制备方法。
背景技术
[0002] 碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状
石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及
石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，
质量比金属
铝轻，但强度却高于
钢铁，并且具有耐
腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
[0003] 市面上的伞，伞架多为金属的，遇
水后伞架容易生锈，而且金属的伞架比较重，也比较容易
变形，有待进一步改进。
发明内容
[0004] 本发明的目的是克服
现有技术的缺点，提供一种高强度、重量轻的碳纤维复合材料伞骨，另一目的是提供一种制备上述碳纤维复合材料伞骨的方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种碳纤维复合材料伞骨的制备方法，所述碳纤维复合材料伞骨由以下重量百分比的原料组成：碳纤维18-22％、铝72-76％、
铜0.24-0.3％、镧0.15-0.25％、
硅1.2-1.5％、铁0.3-0.4％、锗0.4-0.69％、钇2.2-2.8％、
锡0.6-0.72％、钴0.1-0.15％；
[0007] 所述碳纤维复合材料伞骨的制备方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一，将碳纤维加热至460-490℃，保温40-50min，自然冷却至室温；然后将冷却后的碳纤维置于质量浓度为65-70％的浓
硝酸中搅拌60-70min；再将碳纤维置于敏化液中，敏化18-22min；接着将碳纤维置于活化液中搅拌3-5min；随后将碳纤维置于还原液中搅拌1-2min；最后置于100-110℃下
真空干燥2.5-3h；
[0009] 步骤二，将金属铜
熔化后，
喷涂至步骤一处理后的碳纤维，干燥得到
镀铜碳纤维；
[0010] 步骤三，将单质铝、镧、硅、铁、锗、钇、锡和钴混合熔化，在800-850℃下保温1.5-1.8h，得到铝熔体；
[0011] 步骤四，将步骤二得到的镀铜碳纤维在860-880℃下与步骤三得到的铝熔体混合后倒入模具中浇筑，即可得到碳纤维复合材料伞骨；
[0012] 所述活化液包括6-8g/L苯
甲酸钠、0.5-0.8g/L
硼氢化钠、2-2.5g/L六偏
磷酸钠、4-5g/L溴化镍。
[0013] 进一步的，所述敏化液为SnCl2·H2O溶液与HCl溶液按体积比1:1-2混合的
混合液，SnCl2·H2O溶液的溶度为40-50g/L，HCl溶液的溶度为20-30ml/L。
[0014] 进一步的，所述还原液为浓度为10-12g/L的
亚磷酸钠溶液。
[0015] 进一步的，所述步骤一中，碳纤维的活化
温度为45-55℃。
[0016] 进一步的，所述步骤一中，碳纤维处理时，碳纤维进行粗化、敏化、活化和还原时均需要先用去离子水将碳纤维冲洗至中性，再进行下一个步骤。
[0017] 一种伞，包括伞面和
支撑伞面的伞骨组件，其特征在于：所述伞骨组件包括多根碳纤维复合材料伞骨，碳纤维复合材料伞骨采用以上任一项所述的制备方法制得。
[0018] 由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以碳纤维与铝配合，并加入其他金属配合，其中，铝和其他金属单质主要起强化作用，通过加入钇增强伞骨抗
氧化性和延展性，增加伞骨的拉伸强度，加入锗、锡和钴以增强伞骨的强度，使制得碳纤维复合材料伞骨具有较高的拉伸强度、比强度、比
弹性模量、疲劳强度；碳纤维经过去胶和粗化处理后，表面含氧量高达25％，并且在强酸条件下也没有破坏碳纤维，通过敏化-活化-还原，并限定活化液的组成使得碳纤维表面分布均匀的活化点，使得镀铜时镀层更加均分并且拥有一定的结合。
附图说明
[0019] 图1为伞的具体结构示意图；
[0020] 图中，1-伞骨组件、11-伞骨。
具体实施方式
[0021] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
[0022] 参照图1所示，一种伞，包括伞面和伞骨组件1，伞骨组件1包括多根碳纤维复合材料伞骨11。
[0023] 碳纤维复合材料伞骨由以下重量百分比的原料组成：碳纤维18-22％、铝72-76％、铜0.24-0.3％、镧0.15-0.25％、硅1.2-1.5％、铁0.3-0.4％、锗0.4-0.69％、钇2.2-2.8％、锡0.6-0.72％、钴0.1-0.15％。
[0024] 碳纤维复合材料伞骨的制备方法，包括以下步骤：
[0025] 步骤一，①去胶：将碳纤维加热至460-490℃，保温40-50min，自然冷却至室温；
[0026] ②粗化：将冷却后的碳纤维置于质量浓度为65-70％的浓硝酸中搅拌60-70min，然后用去离子水水洗至中性；
[0027] ③敏化：将粗化后的碳纤维置于敏化液中，敏化18-22min，然后用去离子水水洗至中性；
[0028] ④活化：接着将碳纤维置于活化液中搅拌3-5min，再用去离子水水洗至中性，活化温度为45-55℃；
[0029] ⑤还原：随后将碳纤维置于10-12g/L的亚磷酸钠溶液中搅拌1-2min，然后用去离子水水洗至中性；
[0030] ⑥干燥：置于100-110℃下真空干燥2.5-3h；
[0031] 步骤二，将金属铜熔化后，喷涂至步骤一处理后的碳纤维，干燥得到镀铜碳纤维；
[0032] 步骤三，将单质铝、镧、硅、铁、锗、钇、锡和钴混合熔化，在800-850℃下保温1.5-1.8h，得到铝熔体；
[0033] 步骤四，将步骤二得到的镀铜碳纤维在860-880℃下与步骤三得到的铝熔体混合后倒入模具中浇筑，即可得到碳纤维复合材料伞骨；
[0034] 敏化液为SnCl2·H2O溶液与HCl溶液按体积比1:1-2混合的混合液，SnCl2·H2O溶液的溶度为40-50g/L，HCl溶液的溶度为20-30ml/L。
[0035] 活化液包括6-8g/L
苯甲酸钠、0.5-0.8g/L硼氢化钠、2-2.5g/L六偏磷酸钠、4-5g/L溴化镍。
[0037] 一种伞，包括伞面和伞骨组件1，伞骨组件1包括多根碳纤维复合材料伞骨11。
[0038] 碳纤维复合材料伞骨由以下重量百分比的原料组成：碳纤维18％、铝76％、铜0.24％、镧0.25％、硅1.5％、铁0.3％、锗0.69％、钇2.2％、锡0.72％、钴0.1％。
[0039] 碳纤维复合材料伞骨的制备方法，包括以下步骤：
[0040] 步骤一，①去胶：将碳纤维加热至460℃，保温50min，自然冷却至室温；
[0041] ②粗化：将冷却后的碳纤维置于质量浓度为70％的浓硝酸中搅拌60min，然后用去离子水水洗至中性；
[0042] ③敏化：将粗化后的碳纤维置于敏化液中，敏化18min，然后用去离子水水洗至中性；
[0043] ④活化：接着将碳纤维置于活化液中搅拌3min，再用去离子水水洗至中性，活化温度为55℃；
[0044] ⑤还原：随后将碳纤维置于12g/L的亚磷酸钠溶液中搅拌1min，然后用去离子水水洗至中性；
[0045] ⑥干燥：置于100℃下真空干燥3h；
[0046] 步骤二，将金属铜熔化后，喷涂至步骤一处理后的碳纤维，干燥得到镀铜碳纤维；
[0047] 步骤三，将单质铝、镧、硅、铁、锗、钇、锡和钴混合熔化，在800℃下保温1.8h，得到铝熔体；
[0048] 步骤四，将步骤二得到的镀铜碳纤维在860℃下与步骤三得到的铝熔体混合后倒入模具中浇筑，即可得到碳纤维复合材料伞骨；
[0049] 敏化液为SnCl2·H2O溶液与HCl溶液按体积比1:1混合的混合液，SnCl2·H2O溶液的溶度为40g/L，HCl溶液的溶度为30ml/L。
[0050] 活化液包括6g/L苯甲酸钠、0.8g/L硼氢化钠、2.5g/L六偏磷酸钠、4g/L溴化镍。
[0051] 通过上述方法制得的碳纤维复合材料伞骨，其
密度可达2.4g/cm3，
抗拉强度达240MPa，硬度为92HB，弹性模量117GPa，比强度236MPa，比弹性模量68GPa，在5*106循环周次下疲劳强度为124(S)/MPa。
[0052] 实施例2
[0053] 一种伞，包括伞面和伞骨组件1，伞骨组件1包括多根碳纤维复合材料伞骨11。
[0054] 碳纤维复合材料伞骨由以下重量百分比的原料组成：碳纤维22％、铝72％、铜0.3％、镧0.15％、硅1.2％、铁0.4％、锗0.4％、钇2.8％、锡0.6％、钴0.15％。
[0055] 碳纤维复合材料伞骨的制备方法，包括以下步骤：
[0056] 步骤一，①去胶：将碳纤维加热至490℃，保温40min，自然冷却至室温；
[0057] ②粗化：将冷却后的碳纤维置于质量浓度为65％的浓硝酸中搅拌70min，然后用去离子水水洗至中性；
[0058] ③敏化：将粗化后的碳纤维置于敏化液中，敏化22min，然后用去离子水水洗至中性；
[0059] ④活化：接着将碳纤维置于活化液中搅拌5min，再用去离子水水洗至中性，活化温度为45℃；
[0060] ⑤还原：随后将碳纤维置于10g/L的亚磷酸钠溶液中搅拌2min，然后用去离子水水洗至中性；
[0061] ⑥干燥：置于110℃下真空干燥2.5h；
[0062] 步骤二，将金属铜熔化后，喷涂至步骤一处理后的碳纤维，干燥得到镀铜碳纤维；
[0063] 步骤三，将单质铝、镧、硅、铁、锗、钇、锡和钴混合熔化，在850℃下保温1.5h，得到铝熔体；
[0064] 步骤四，将步骤二得到的镀铜碳纤维在880℃下与步骤三得到的铝熔体混合后倒入模具中浇筑，即可得到碳纤维复合材料伞骨；
[0065] 敏化液为SnCl2·H2O溶液与HCl溶液按体积比1:2混合的混合液，SnCl2·H2O溶液的溶度为50g/L，HCl溶液的溶度为20ml/L。
[0066] 活化液包括8g/L苯甲酸钠、0.5g/L硼氢化钠、2g/L六偏磷酸钠、5g/L溴化镍。
[0067] 通过上述方法制得的碳纤维复合材料伞骨，其密度可达2.36g/cm3，抗拉强度达248MPa，硬度为98HB，弹性模量122GPa，比强度242MPa，比弹性模量69GPa，在5*106循环周次下疲劳强度为128(S)/MPa。
[0068] 实施例3
[0069] 一种伞，包括伞面和伞骨组件1，伞骨组件1包括多根碳纤维复合材料伞骨11。
[0070] 碳纤维复合材料伞骨由以下重量百分比的原料组成：碳纤维20％、铝74％、铜0.27％、镧0.2％、硅1.35％、铁0.35％、锗0.53％、钇2.5％、锡0.68％、钴0.12％。
[0071] 碳纤维复合材料伞骨的制备方法，包括以下步骤：
[0072] 步骤一，①去胶：将碳纤维加热至475℃，保温45min，自然冷却至室温；
[0073] ②粗化：将冷却后的碳纤维置于质量浓度为68％的浓硝酸中搅拌65min，然后用去离子水水洗至中性；
[0074] ③敏化：将粗化后的碳纤维置于敏化液中，敏化20min，然后用去离子水水洗至中性；
[0075] ④活化：接着将碳纤维置于活化液中搅拌4min，再用去离子水水洗至中性，活化温度为50℃；
[0076] ⑤还原：随后将碳纤维置于11g/L的亚磷酸钠溶液中搅拌1.5min，然后用去离子水水洗至中性；
[0077] ⑥干燥：置于105℃下真空干燥2.7h；
[0078] 步骤二，将金属铜熔化后，喷涂至步骤一处理后的碳纤维，干燥得到镀铜碳纤维；
[0079] 步骤三，将单质铝、镧、硅、铁、锗、钇、锡和钴混合熔化，在825℃下保温1.6h，得到铝熔体；
[0080] 步骤四，将步骤二得到的镀铜碳纤维在870℃下与步骤三得到的铝熔体混合后倒入模具中浇筑，即可得到碳纤维复合材料伞骨；
[0081] 敏化液为SnCl2·H2O溶液与HCl溶液按体积比1:1.5混合的混合液，SnCl2·H2O溶液的溶度为45g/L，HCl溶液的溶度为25ml/L。
[0082] 活化液包括7g/L苯甲酸钠、0.7g/L硼氢化钠、2.2g/L六偏磷酸钠、4.5g/L溴化镍。
[0083] 通过上述方法制得的碳纤维复合材料伞骨，其密度可达2.31g/cm3，抗拉强度达253MPa，硬度为97HB，弹性模量127GPa，比强度243MPa，比弹性模量71GPa，在5*106循环周次下疲劳强度为132(S)/MPa。
[0084] 本发明以碳纤维与铝配合，并加入其他金属配合，其中，铝和其他金属单质主要起强化作用，通过加入钇增强伞骨抗氧化性和延展性，增加伞骨的拉伸强度，加入锗、锡和钴以增强伞骨的强度，使制得碳纤维复合材料伞骨具有较高的拉伸强度、比强度、比弹性模量、疲劳强度。
[0085] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明
申请专利范围及
说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
