本发明涉及纤维增强技术领域，具体是一种抗拉强度高的环保型纤维复合材料及其加工工艺。
背景技术：
随着现代科学技术和高技术产业的发展，特别是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能，有力地促进了先进复合材料的迅速发展，单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求，由此也产生了一种新的复合材料—金属基复合材料。
金属基复合材料科学是一门相对较新的材料科学，仅有40余年的发展历史，金属基复合材料是以各种纤维、颗粒、晶须等作为增强相，金属为基体的一种复合材料，金属基体是增强相的载体，增强体纤维、颗粒、晶须等均匀分散在载体中，成为承载力的主体，大大的提高基体的综合性能。
在实际在制备铝基纤维复合材料的过程中，由于碳纤维、玻璃纤维与铝基合金之间的润湿性较差，同时在碳纤维与铝基合金的界面处会发生界面反应，反应生成一层脆性的碳化物al4c3，不仅会降低复合材料的综合性能，同时还会对碳纤维造成损伤，这给我们带来不便。
针对上述情况，我们需要设计一种抗拉强度高的环保型纤维复合材料及其加工工艺，这是我们亟待解决的问题之一。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种抗拉强度高的环保型纤维复合材料及其加工工艺，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抗拉强度高的环保型纤维复合材料，所述复合材料各原料组分如下：以重量计，复合纤维15-30份、铝基合金70-80份、处理剂20-45份、助剂10-25份。
较优化地，所述处理剂各原料组分如下：以重量计，碳化硼25-35份、碳化硅40-50份、碳黑10-20份、硅粉5-15份、酚醛树脂3-9份。
较优化地，所述复合纤维包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的质量比为1：（1-1.5）。
较优化地，所述碳纤维、玻璃纤维的直径分别为8-12um。
较优化地，所述助剂包括莫来石和二氧化锰，所述莫来石和二氧化锰的质量比为2：1。
较优化地，所述铝基合金为6063铝合金、2024铝合金、a356铝合金中的一种。
本发明中制备了一种抗拉强度高的环保型纤维复合材料，利用复合纤维与铝基合金作为原料制备金属纤维复合材料，铝基合金具有较高的比模量、比强度，膨胀系数低、导热性能耗等优点，是现如今金属基复合材料中应用最广的一种；本技术方案中的复合纤维选择了碳纤维和玻璃纤维混合，能够有效提高复合材料的抗拉强度和延伸率；
在制备铝基纤维复合材料的过程中，由于碳纤维、玻璃纤维与铝基合金之间的润湿性较差，同时在碳纤维与铝基合金的界面处会发生界面反应，反应生成一层脆性的碳化物al4c3，不仅会降低复合材料的综合性能，同时还会对碳纤维造成损伤，因此在实际制备复合材料是时候，我们一般会对碳纤维、玻璃纤维表面进行改性，提高复合纤维与铝基合金之间的润湿性，同时避免碳化物al4c3的影响；而现如今最为普遍的方法就是在碳纤维表面涂覆上一层碳化硼，不仅可以提高复合纤维与铝基合金之间的润湿性，同时能够阻止铝基合金向纤维的内部扩散，降低碳化物al4c3的生成。
但在制备过程中我们发现，碳化硼抗氧化能力较差，碳化硼在600℃以上易被氧化，在900℃以上会迅速被氧化，生成的氧化硼会影响复合材料的性能，因此在本技术方案中，我们需要阻止碳化硼被氧化，同时涂覆碳化硼涂层后，我们发现制备复合材料时并不能完全阻止al4c3的生成；
所以，本技术方案中利用碳化硼、碳化硅烧结制备处理剂，提高处理剂的硬度，降低密度，同时在本技术方案中加入了莫来石，在制备过程中，莫来石能够作为结合相引入，在碳化硅、碳化硼周围形成骨架，并在sio2等相的作用下，形成三围的网状膜层包裹在碳化硅、碳化硼表面，阻止碳化硼、碳化硅进行氧化；同时本技术方案中添加了二氧化锰，由于mno2逐渐释放出氧气,铝粉直接被氧化成氧化铝，继而生成锰铝尖晶石,避免了al4c3和aln形成；生成的氧化铝在800-1200℃以粒状为主，1400℃氧化铝以纤维状为主，1600℃生成了发育完全的柱状氧化铝，极大的降低了al4c3的影响；同时对制备工艺进行改进，使得碳化硼也能和al4c3反应生成碳硼化铝，避免al4c3对复合材料造成影响。
较优化地，一种抗拉强度高的环保型纤维复合材料的加工工艺，包括以下步骤：
1)准备原料；
2)处理剂的制备；
3)处理剂对复合纤维进行表面处理；
4)取表面处理后的复合纤维和铝基合金，熔炼，得到纤维复合材料。
较优化地，包括以下步骤：
1)准备原料：
a)按比例称取碳纤维、玻璃纤维、铝基合金、二氧化锰和莫来石，备用；
b)按比例称取碳化硼、碳化硅、碳黑、硅粉、酚醛树脂，备用；
2)处理剂的制备：
a)取步骤1）中准备的碳化硼、碳化硅、碳黑和酚醛树脂，去离子水溶解，球磨，45-55℃烘干，造粒，干压成型，得到物料a；
b)取步骤a）中制备的物料a，投入真空烧结炉中，再加入硅粉，升温至1350-1450℃，再升温至1500-1600℃，保温，随炉降温，得到处理剂；
3)复合纤维的表面涂覆：
a)取步骤1）中准备的碳纤维、玻璃纤维，混合均匀，再于350-450℃下加热，去离子水冲洗，再在丙酮中浸泡0.5-1h，水洗后浸入质量浓度为20-40%的硝酸中加热15-25min，去离子水冲洗至中性，得到复合纤维；
b)取步骤2）中制备的处理剂，配制成甲苯溶液，将步骤a）中制得的复合纤维浸入处理剂中，浸渍5-15min，15-50℃下干燥，再浸入处理剂中，重复三次，得到表面涂覆处理后的复合纤维；
4)制备纤维复合材料：
a)取步骤1）准备的莫来石、步骤3）表面处理后的复合纤维，混合球磨，过250-300筛，干压成型，得到物料b；
b)取步骤1）中准备的铝基合金、二氧化锰，投入加热炉中，加热升温至于700-750℃，保温1-1.5h，加入步骤4）中制备的物料b，搅拌均匀，再升温至1300-1500℃，保温0.5-1h，再降温至650-680℃，得到纤维复合材料。
较优化地，包括以下步骤：
1)准备原料：
a)按比例称取碳纤维、玻璃纤维、铝基合金、二氧化锰和莫来石，备用；
b)按比例称取碳化硼、碳化硅、碳黑、硅粉和酚醛树脂，备用；本发明首先进行原料的准备，便于我们进行后续的操作；
2)处理剂的制备：
a)取步骤1）中准备的碳化硼、碳化硅、碳黑和酚醛树脂，去离子水溶解，球磨24-28h，45-55℃烘干12-14h，造粒，干压成型，得到物料a；
b)步骤a）中制备的物料a，投入真空烧结炉中，再加入硅粉，以3-4℃/min升温至1350-1450℃，再以2-3℃/min继续升温至1500-1600℃，保温2-3h，随炉降温，得到处理剂；本发明首先将利用碳化硼、碳化硅等组分制备处理剂，其中硅粉为硅源，炭黑为碳源，不仅提高了处理剂的力学性能，同时也降低了处理剂的密度，效果更好；
3)复合纤维的表面涂覆：
a)取步骤1）中准备的碳纤维、玻璃纤维，混合均匀，再于350-450℃下加热20-40min，去离子水冲洗，再在丙酮中浸泡0.5-1h，水洗后浸入质量浓度为20-40%的硝酸中加热15-25min，去离子水冲洗至中性，得到复合纤维；本技术方案中首先将碳纤维和玻璃纤维混合，再对表面去胶酸洗，除去表面杂质，得到复合纤维；
b)取步骤2）中制备的处理剂，配制成甲苯溶液，将步骤a）中制得的复合纤维浸入处理剂中，浸渍5-15min，15-50℃下干燥，再浸入处理剂中，重复三次，得到表面涂覆处理后的复合纤维；本发明中将制备好的处理剂涂覆在复合纤维表面，提高复合纤维与铝基合金的润湿性，同时也降低了界面反应的发生；
4)制备纤维复合材料：
a)取步骤1）准备的莫来石、步骤3）表面处理后的复合纤维，混合球磨1-2h，过250-300筛，干压成型，得到物料b；本发明中利用莫来石在碳化硼、碳化硅表面生成一层膜层，避免碳化硼、碳化硅发生氧化；
b)取步骤1）中准备的铝基合金、二氧化锰，投入加热炉中，加热升温至于700-750℃，保温1-1.5h，加入步骤4）中制备的物料b，搅拌均匀，再升温至1300-1500℃，保温0.5-1h，再降温至650-680℃，得到纤维复合材料；本技术方案对制备工艺进行改进，当温度升至1300-1500℃时，碳化硼也能和al4c3反应生成碳硼化铝，避免al4c3对复合材料造成影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明首先将碳纤维、玻璃纤维混合制备复合纤维，利用复合纤维作为增强相来提高复合材料的性能，为了提高复合纤维与铝基合金之间的润湿性，本技术方案利用碳化硼、碳化硅制备得到处理剂，并将处理剂涂覆在复合纤维表面，接着利用莫来石形成三围的网状膜层包裹在碳化硅、碳化硼表面，阻止氧化，最后在熔炼时升温至1300-1500℃，保温一段时间，使得碳化硼能和al4c3反应生成碳硼化铝，避免al4c3对复合材料造成影响。
本发明制备了一种抗拉强度高的环保型纤维复合材料及其加工工艺，配比设计合理，优化操作工艺，不仅实现了纤维复合材料的制备，同时提高了复合材料的抗拉强度和延伸率，有效解决了复合纤维与铝基合金之间的润湿性，具有较高实用性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
首先准备原料，按比例称取碳纤维、玻璃纤维、铝基合金、二氧化锰和莫来石，按比例称取碳化硼、碳化硅、碳黑、硅粉和酚醛树脂，备用；
再进行处理剂的制备，取碳化硼、碳化硅、碳黑和酚醛树脂，去离子水溶解，球磨24h，45℃烘干12h，造粒，干压成型，得到物料a；将物料a投入真空烧结炉中，再加入硅粉，以3℃/min升温至1350℃，再以2-3℃/min继续升温至1500℃，保温2-3h，随炉降温，得到处理剂；
接着进行复合纤维的表面涂覆，取碳纤维、玻璃纤维，混合均匀，再于350℃下加热20min，去离子水冲洗，再在丙酮中浸泡0.5h，水洗后浸入质量浓度为20%的硝酸中加热15min，去离子水冲洗至中性，得到复合纤维；再取处理剂，配制成甲苯溶液，将复合纤维浸入处理剂中，浸渍5min，15℃下干燥，再浸入处理剂中，重复三次，得到表面涂覆处理后的复合纤维；
最后取莫来石、表面处理后的复合纤维，混合球磨1h，过250筛，干压成型，得到物料b；再取铝基合金、二氧化锰，投入加热炉中，加热升温至于700℃，保温1h，加入制备的物料b，搅拌均匀，再升温至1300℃，保温0.5h，再降温至650℃，得到纤维复合材料。
本实施例中，复合材料各原料组分如下：以重量计，复合纤维15份、铝基合金70份、处理剂20份、助剂10份。
处理剂各原料组分如下：以重量计，碳化硼25份、碳化硅40份、碳黑10份、硅粉5份、酚醛树脂3份；复合纤维包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的质量比为1：1；碳纤维、玻璃纤维的直径分别为8um；助剂包括莫来石和二氧化锰，所述莫来石和二氧化锰的质量比为2：1；铝基合金为6063铝合金。
实施例2：
首先准备原料，按比例称取碳纤维、玻璃纤维、铝基合金、二氧化锰和莫来石，按比例称取碳化硼、碳化硅、碳黑、硅粉和酚醛树脂，备用；
再进行处理剂的制备，取碳化硼、碳化硅、碳黑和酚醛树脂，去离子水溶解，球磨26h，50℃烘干13h，造粒，干压成型，得到物料a；将物料a投入真空烧结炉中，再加入硅粉，以3.5℃/min升温至1400℃，再以2.5℃/min继续升温至1550℃，保温2.5h，随炉降温，得到处理剂；
接着进行复合纤维的表面涂覆，取碳纤维、玻璃纤维，混合均匀，再于400℃下加热30min，去离子水冲洗，再在丙酮中浸泡0.8h，水洗后浸入质量浓度为30%的硝酸中加热20min，去离子水冲洗至中性，得到复合纤维；再取处理剂，配制成甲苯溶液，将复合纤维浸入处理剂中，浸渍10min，35℃下干燥，再浸入处理剂中，重复三次，得到表面涂覆处理后的复合纤维；
最后取莫来石、表面处理后的复合纤维，混合球磨1.5h，过250筛，干压成型，得到物料b；再取铝基合金、二氧化锰，投入加热炉中，加热升温至于725℃，保温1.3h，加入制备的物料b，搅拌均匀，再升温至1400℃，保温0.8h，再降温至665℃，得到纤维复合材料。
本实施例中，复合材料各原料组分如下：以重量计，复合纤维24份、铝基合金75份、处理剂34份、助剂18份。
处理剂各原料组分如下：以重量计，碳化硼30份、碳化硅45份、碳黑15份、硅粉10份、酚醛树脂5份；复合纤维包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的质量比为1：1.2；碳纤维、玻璃纤维的直径分别为10um；助剂包括莫来石和二氧化锰，所述莫来石和二氧化锰的质量比为2：1；铝基合金为2024铝合金。
实施例3：
首先准备原料，按比例称取碳纤维、玻璃纤维、铝基合金、二氧化锰和莫来石，按比例称取碳化硼、碳化硅、碳黑、硅粉和酚醛树脂，备用；
再进行处理剂的制备，取碳化硼、碳化硅、碳黑和酚醛树脂，去离子水溶解，球磨28h，55℃烘干14h，造粒，干压成型，得到物料a；将物料a投入真空烧结炉中，再加入硅粉，以4℃/min升温至1450℃，再以3℃/min继续升温至1600℃，保温2-3h，随炉降温，得到处理剂；
接着进行复合纤维的表面涂覆，取碳纤维、玻璃纤维，混合均匀，再于450℃下加热40min，去离子水冲洗，再在丙酮中浸泡1h，水洗后浸入质量浓度为40%的硝酸中加热25min，去离子水冲洗至中性，得到复合纤维；再取处理剂，配制成甲苯溶液，将复合纤维浸入处理剂中，浸渍15min，50℃下干燥，再浸入处理剂中，重复三次，得到表面涂覆处理后的复合纤维；
最后取莫来石、表面处理后的复合纤维，混合球磨2h，过300筛，干压成型，得到物料b；再取铝基合金、二氧化锰，投入加热炉中，加热升温至于750℃，保温1.5h，加入制备的物料b，搅拌均匀，再升温至1500℃，保温1h，再降温至680℃，得到纤维复合材料。
本实施例中，复合材料各原料组分如下：以重量计，复合纤维30份、铝基合金80份、处理剂45份、助剂25份。
处理剂各原料组分如下：以重量计，碳化硼35份、碳化硅50份、碳黑20份、硅粉15份、酚醛树脂9份；复合纤维包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的质量比为1：1.5；碳纤维、玻璃纤维的直径分别为12um；助剂包括莫来石和二氧化锰，所述莫来石和二氧化锰的质量比为2：1；铝基合金为a356铝合金。
实施例4：
首先准备原料，按比例称取碳纤维、玻璃纤维、铝基合金、二氧化锰和莫来石，备用；
接着取碳纤维、玻璃纤维，混合均匀，再于450℃下加热40min，去离子水冲洗，再在丙酮中浸泡1h，水洗后浸入质量浓度为40%的硝酸中加热25min，去离子水冲洗至中性，得到复合纤维；
最后取莫来石、复合纤维，混合球磨2h，过300筛，干压成型，得到物料b；再取铝基合金、二氧化锰，投入加热炉中，加热升温至于750℃，保温1.5h，加入制备的物料b，搅拌均匀，再升温至1500℃，保温1h，再降温至680℃，得到纤维复合材料。
本实施例中，复合材料各原料组分如下：以重量计，复合纤维30份、铝基合金80份、助剂25份。
复合纤维包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的质量比为1：1.5；碳纤维、玻璃纤维的直径分别为12um；助剂包括莫来石和二氧化锰，所述莫来石和二氧化锰的质量比为2：1；铝基合金为a356铝合金。
实施例5：
首先准备原料，按比例称取碳纤维、玻璃纤维、铝基合金，按比例称取碳化硼、碳化硅、碳黑、硅粉和酚醛树脂，备用；
再进行处理剂的制备，取碳化硼、碳化硅、碳黑和酚醛树脂，去离子水溶解，球磨28h，55℃烘干14h，造粒，干压成型，得到物料a；将物料a投入真空烧结炉中，再加入硅粉，以4℃/min升温至1450℃，再以3℃/min继续升温至1600℃，保温2-3h，随炉降温，得到处理剂；
接着进行复合纤维的表面涂覆，取碳纤维、玻璃纤维，混合均匀，再于450℃下加热40min，去离子水冲洗，再在丙酮中浸泡1h，水洗后浸入质量浓度为40%的硝酸中加热25min，去离子水冲洗至中性，得到复合纤维；再取处理剂，配制成甲苯溶液，将复合纤维浸入处理剂中，浸渍15min，50℃下干燥，再浸入处理剂中，重复三次，得到表面涂覆处理后的复合纤维；
最后取铝基合金，投入加热炉中，加热升温至于750℃，保温1.5h，搅拌均匀，再升温至1500℃，保温1h，再降温至680℃，得到纤维复合材料。
本实施例中，复合材料各原料组分如下：以重量计，复合纤维30份、铝基合金80份、处理剂45份。
处理剂各原料组分如下：以重量计，碳化硼35份、碳化硅50份、碳黑20份、硅粉15份、酚醛树脂9份；复合纤维包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的质量比为1：1.5；碳纤维、玻璃纤维的直径分别为12um；铝基合金为a356铝合金。
实验1：
分别取实施例1-5中制备的纤维复合材料样品，进行以下检测，检测数据如下表所示：
实施例1-3为本发明技术方案，实施例4在制备时，复合纤维表面没有经过处理剂处理；实施例5中去掉了助剂；实施例1-3分别与实施例4、实施例5形成对照实验；
由上表数据可知，实施例1-3，即本技术方案制备的纤维复合材料，密度与实施例4、实施例5的结果相差不大；实施例1-3中的抗拉强度最高可达到328mpa，而实施例4中，复合纤维表面没有经过处理剂处理，导致复合纤维与铝基合金的润湿性低，界面反应较大，生成的脆性相al4c3较多，抗拉强度降至249mpa；实施例5中没有经过助剂处理，生成的脆性相al4c3较多，抗拉强度降至261mpa，但由于实施例5中复合纤维与铝基合金的润湿性较好，所以实施例5中的抗拉强度大于实施例4；
由上表数据可知，实施例1-3中的纤维复合材料，弹性模量最高可达205gpa，硬度可达121hb，比强度高大326mpa，而实施例4中的弹性模量和比强度皆低于实施例1-3；实施例4中的硬度为91hb，比实施例5、实施例1-3中的硬度均低，这是因为实施例4中复合纤维与铝基合金的润湿性较差，生成的al4c3较多，极大的影响了实施例4纤维复合材料的硬度；
由上述陈述可知道以下结论：本发明制备了一种抗拉强度高的环保型纤维复合材料及其加工工艺，配比设计合理，优化操作工艺，不仅提高了复合材料的抗拉强度和硬度，同时弹性模量和比强度也有较高提升，具有较好的实用性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。