一种FeCoNiAlMn高熵合金纳米颗粒负载CF及多功能复

本发明属于碳纤维（cf）表面改性，具体涉及一种feconialmn高熵合金纳米颗粒负载cf及多功能复合材料的制备方法。背景技术：1、碳纤维增强聚合物（cfrp）复合材料具有高强度、高模量、低密度等优越优势，在航空航天、军事装备和汽车轻量化中发挥着重要作用。然而，除了高机械性能外，cfrp复合材料通常还需要具备多功能性来适应复杂的应用。特别是复合材料的电磁波（emw）吸收能力和导热（tc）性能因其在高速航天器或军用导弹中的广泛应用而备受关注。2、cf的表面结构和化学性质对复合材料的功能起着至关重要的作用。然而，原始cf通常是惰性的，表面几乎没有功能。它们需要进一步的表面改性才能用于实际应用。目前，通常采用化学氧化或化学接枝方法增强cf表面的化学活性和表面粗糙度，以提高cf与基体之间的界面相容性。同时在cf表面构建功能结构，也可以实现多功能化cf的制备。但现有的改性方法往往面临生产周期长、成本高的问题，并且改性后cf制备的cfrp复合材料往往多功能性不能同时实现有效增强。因此，开发一种生产周期短、成本低且功能改善效率高的cf表面改性方法是一项重大挑战，特别是在emw和热调节领域。技术实现思路1、为了解决cf表面改性方法生产周期长、成本高以及cfrp复合材料多功能性能不能同时实现有效增强的问题，本发明的目的在于提供一种feconialmn高熵合金纳米颗粒负载cf及多功能复合材料的制备方法，本发明在cf表面负载feconialmn高熵合金纳米颗粒，同时改善了cfrp复合材料的emw吸收和tc性能。2、为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：3、一种feconialmn高熵合金纳米颗粒负载cf的制备方法，步骤如下：4、（1）、将连续cf丝束浸入表面活性剂分散溶液中，之后将cf丝束牵引至烘干装置在惰性气氛下进行烘干处理；其中，cf丝束的规格不大于3 k；所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或纳米纤维素；当表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮时，表面活性剂分散溶液的浓度为10~30 mg/ml；当表面活性剂为纳米纤维素时，表面活性剂分散溶液的浓度为1~10 mg/ml；5、（2）、将步骤（1）所得cf丝束继续牵引至金属盐前驱体溶液中，之后将cf丝束牵引至烘干装置在惰性气氛下进行烘干处理；其中，所述金属盐前驱体溶液为可溶性的fe盐、co盐、ni盐、al盐、mn盐按照摩尔比fe∶co∶ni∶al∶mn=1.3∶1∶1∶1.8∶2.5组成的混合盐溶液，并且co盐在金属盐前驱体溶液中的摩尔浓度以其提供的co计为5~20 mm；6、（3）、将步骤（2）所得cf丝束牵引至微波发生器在惰性气氛下进行微波碳热冲击处理3~7 s，微波碳热冲击处理结束之后即得feconialmn高熵合金纳米颗粒负载cf，标记为feconialmn@cf；其中，微波发生器的功率为600~1200 w。7、较好地，表面活性剂分散溶液和金属盐前驱体溶液所采用的溶剂均为水。8、较好地，步骤（1）中，烘干处理的温度为120~240 ℃；步骤（2）中，烘干处理的温度为120~150 ℃。具体地，步骤（1）中，当表面活性剂为pvp时，烘干温度优选120~150 ℃，当表面活性剂为纳米纤维素时，烘干温度优选200~240 ℃。9、较好地，所述fe盐、co盐、ni盐、al盐、mn盐为可溶性的氯化盐、硝酸盐或硫酸盐。10、一种多功能复合材料的制备方法，步骤如下：11、（1）、将连续cf丝束浸入表面活性剂分散溶液中，之后将cf丝束牵引至烘干装置在惰性气氛下进行烘干处理；其中，cf丝束的规格不大于3 k；所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或纳米纤维素；当表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮时，表面活性剂分散溶液的浓度为10~30 mg/ml；当表面活性剂为纳米纤维素时，表面活性剂分散溶液的浓度为1~10 mg/ml；12、（2）、将步骤（1）所得cf丝束继续牵引至金属盐前驱体溶液中，之后将cf丝束牵引至烘干装置在惰性气氛下进行烘干处理；其中，所述金属盐前驱体溶液为可溶性的fe盐、co盐、ni盐、al盐、mn盐按照摩尔比fe∶co∶ni∶al∶mn=1.3∶1∶1∶1.8∶2.5组成的混合盐溶液，并且co盐在金属盐前驱体溶液中的摩尔浓度以其提供的co计为5~20 mm；13、（3）、将步骤（2）所得cf丝束牵引至微波发生器在惰性气氛下进行微波碳热冲击处理3~7 s，微波碳热冲击处理结束之后即得feconialmn高熵合金纳米颗粒负载cf，标记为feconialmn@cf；其中，微波发生器的功率为600~1200 w；14、（4）、将步骤（3）所得feconialmn@cf牵引至纤维素纳米纤维分散溶液中进行浸渍处理，之后将feconialmn@cf牵引至烘干装置在惰性气氛下进行烘干处理；所述纤维素纳米纤维分散溶液的浓度为6~10 mg/ml；15、（5）、将步骤（4）所得feconialmn@cf与热塑性树脂通过熔融共混和注塑成型工艺进行多功能复合材料的制备；其中，以质量比计，feconialmn@cf∶热塑性树脂=(10~40)∶(60~90)并且两者之和为100。16、较好地，表面活性剂分散溶液、金属盐前驱体溶液和纤维素纳米纤维分散溶液所采用的溶剂均为水。17、较好地，步骤（1）中，烘干处理的温度为120~240 ℃；步骤（2）和步骤（4）中，烘干处理的温度为120~150 ℃。具体地，步骤（1）中，当表面活性剂为pvp时，烘干温度优选120~150℃，当表面活性剂为纳米纤维素时，烘干温度优选200~240 ℃。18、较好地，所述fe盐、co盐、ni盐、al盐、mn盐为可溶性的氯化盐、硝酸盐或硫酸盐。19、较好地，热塑性树脂为工程塑料；熔融共混过程中，螺杆转速控制在40~60 r/min；注塑成型温度为热塑性树脂熔点上浮20~40 ℃，注塑压力控制在70~150 mpa。20、较好地，工程塑料为尼龙、聚酰亚胺或聚碳酸酯。21、本发明中，微波碳热冲击处理的时间是指cf丝束上同一个点位从进入到出来微波发生器所经历的时间，微波碳热冲击处理时间取决于cf丝束的牵引速度以及微波发声器的有效长度，在同一微波发声器下，通过调节cf丝束的牵引速度可以实现微波碳热冲击处理时间的调节。本发明整个过程中，牵引速度保持恒定，以控制在1~3 m/min最佳。22、本发明中，纳米纤维素为几~几百纳米尺度的颗粒状或纤维状纤维素，比如直径10~50 nm、长度200~500 nm的纤维素纳米晶；纤维素纳米纤维为具有一定长径比、直径为纳米级、长度为微米级的纤维状纤维素，比如直径10~50 nm、长度1~3 μm的纤维素纳米纤维。23、有益效果：24、（1）、本发明通过工艺控制feconialmn高熵合金中多种金属元素含量，可以灵活且快速地实现对cf及其复合材料磁-热性质的调节，从而使cf复合材料具有出色的电磁吸波和热传导性能；25、（2）、cf表面feconialmn高熵合金纳米颗粒与纤维素纳米纤维组成多尺度界面增强结构，这有助于提高复合材料中cf与热塑性树脂之间的界面应力传递效率和界面相容性，有效提高复合材料的力学性能；26、（3）、本发明这种快速微波碳热冲击方法具有操作简单、成本低和短的加工周期，可以实现连续地规模化生产。