一種高導熱碳纖維復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高導熱碳纖維復合材料及其制備方法，本發明專利技術以聚丙烯腈基碳纖維布作為增強體，通過浸漬工藝浸入基體樹脂,經噴射、壓延等工藝與石墨蠕蟲、納米AZO復合，再經烘烤、模壓制得復合材料。與現有技術相比，本發明專利技術復合材料制備方法簡單，所用原料成本低廉，石墨蠕蟲使得材料無論是平行纖維平面方向還是垂直纖維平面方向的導熱率都很高。具有紅外截止作用的AZO與膠水中的紫外線屏蔽劑可以有效抵御外部熱源和陽光輻照。整個復合材料協同作用，在保持一定的力學性能的同時可以有效地導熱、抗熱，延長了自身使用壽命并有效保護所承載的儀器設備。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于碳纖維復合材料領域,具體涉及一種高導熱碳纖維復合材料及其制備方法。
技術介紹
碳纖維復合材料具有耐疲勞、耐摩擦、輕質高強等優異的特性，因而被廣泛應用于航空航天、建筑、汽車制造等行業。雖然它具有很多優點但是在某些功能方面表現一般。目前應用最廣泛的聚丙烯腈基碳纖維，雖然成本低廉但其導熱性一般，與之復合的環氧、乙烯基、不飽和等樹脂在高溫時容易過度固化、老化進而影響復合材料的使用壽命。被制備成結構件的碳纖維復合材料常會與有發熱源的設備接觸，將熱量迅速導散可以有效保護發熱設備還可以提高材料本身的使用壽命。尤其現在的機械產品朝著“輕、小”方向發展，設備熱量的導散尤為重要。因此高導熱性的碳纖維復合材料應用前景十分廣闊。目前碳纖維導熱復合材料大致可以分為兩類：一類是使用瀝青基碳纖維導熱。例如專利技術專利“導熱型碳纖維復合材料及制備方法”(申請號為201410240696.5，公開日2014年8月13日)就是以中間相瀝青基碳纖維作為導熱性填充材料，聚苯硫醚作為基體，使用熔融復合方法將碳纖維與聚苯硫醚復合成一種導熱型復合材料。其實施例中碳纖維最高含量為20％，相應制品導熱為1.88W/m·k。由于制備紡絲中間相瀝青的過程冗繁，中間相瀝青紡絲過程中成纖率低，瀝青不熔化、過程耗時長以及需要高溫熱處理等等原因致使瀝青基碳纖維價格昂貴。碳纖維具有各向異性的特點，用瀝青基碳纖維布增強的復合材料在布平面內導熱很好，但是垂直纖維布方向的導熱性較差。另一類是通過添加石墨粉、鋁粉等導熱性粉體來實現材料的導熱性能。如專利技術專利“一種導熱塑料復合材料”(申請號為201410216145.5，公開日2014年8月20日)公開了一種導熱塑料復合材料的制備方法。該專利技術在100份聚氯乙烯樹脂中加入30-40份石墨和12-18份鋁粉導熱劑，2-5份增強體以及其他樹脂和助劑制得導熱復合材料。該種方法缺點是粉體被基體樹脂包埋，影響材料的導熱性。另外，這些材料都是將它們內部熱源的熱量導出，對于外部熱源以及太陽輻射的熱能無計可施。材料中所使用的碳纖維多為長纖維絲而不是整體織物，致使材料機械性能不夠高。鑒于以上問題，有必要提出一種新型的導熱碳纖維復合材料，以實現低成本、高纖維含量、高強度，在平行纖維平面方向和垂直纖維平面方向都有很高的導熱率，能夠有效抵御外部熱源和陽光輻照。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種高導熱碳纖維復合材料及其制備方法，以聚丙烯腈基碳纖維布作為增強體，通過浸漬工藝浸入基體樹脂,經噴射、壓延等工藝與石墨蠕蟲、納米AZO粉末(摻鋁氧化鋅)復合，再經烘烤、模壓制得復合材料，成本低廉，而且，既有良好力學性能又有優異導熱、抗熱性。本專利技術提供的一種高導熱碳纖維復合材料，包含以下重量份的原料：所述碳纖維布為聚丙烯腈基碳纖維，面重為200-300g/m2。所述石墨蠕蟲含碳量大于99％，容積為200-300ml/g。所述納米AZO粉末純度大于99.9％，粒徑為10-30nm。所述納米AZO粉末為摻鋁氧化鋅。進一步地，所述基體膠水含有以下重量份的原料：所述的環氧樹脂為鄰甲酚型環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、乙二醛型環氧樹脂中的一種或幾種；所述的稀釋劑為環己酮、二甲基甲酰胺、丙二醇甲醚中的一種或幾種；所述的固化劑為雙氰胺、二氨基二苯砜、二氨基二苯甲烷中的一種或幾種；所述的促進劑為2-甲基咪唑、1-芐基-2-乙基咪唑、2,4-二甲基咪唑中的一種或幾種；所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑中的一種或幾種。所述的紫外線屏蔽劑為氧化鋅、氧化鐵、二氧化鈦中的一種或幾種。本專利技術提供的一種高導熱碳纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將配方量的環氧樹脂、固化劑、促進劑、偶聯劑和紫外線屏蔽劑于稀釋劑中混合均勻，制得基體膠水；(2)將配方量的碳纖維布浸漬配方量的基體膠水后，在內表面噴射配方量的石墨蠕蟲，并用壓延輥壓延；(3)在碳纖維布的外表面噴射配方量的納米AZO粉末之后，烘烤固化后，得到預浸料；(4)預浸料通過模壓制得所需產品。進一步的，步驟(2)、(3)中的所述噴射是指在壓縮空氣的沖壓下均勻的噴涂。采用的是本領域的常用設備進行。進一步的，步驟(2)中石墨蠕蟲在碳纖維布上的噴射量為5-20g/m2。進一步的，步驟(2)中所述壓延工藝是指是浸漬基體膠水并噴射石墨蠕蟲后的碳纖維布通過兩個相互靠緊的輥輪，通過調整輥輪的間隙、輥輪轉速以及碳纖維布的張力來實現。是本領域常用設備。進一步的，步驟(3)中所述納米AZO粉末在碳纖維布上的噴射量為1-10g/m2。進一步的，步驟(3)中所述烘烤固化具體為：110-120℃烘爐中烘烤10-15min。進一步的，步驟(4)中模壓過程具體為：溫度控制為：開始的前60min，均勻升溫至80℃，第61-125min維持80℃，第126-175min均勻升溫至120℃，第176-250分鐘維持120℃，然后冷卻至室溫；壓力控制為：開始的前125min，維持壓力50psi，第126-175min，均勻升壓至300psi，第176-250分鐘維持300psi；第251-300min均勻降至200psi，然后維持該壓力。本專利技術以聚丙烯腈基碳纖維布作為增強體，通過浸漬工藝浸入基體樹脂,經噴射、壓延等工藝與石墨蠕蟲、納米AZO復合，再經烘烤、模壓制得復合材料。與現有技術相比，本專利技術復合材料制備方法簡單，所用原料成本低廉，石墨蠕蟲使得材料無論是平行纖維平面方向還是垂直纖維平面方向的導熱率都很高。具有紅外截止作用的AZO與膠水中的紫外線屏蔽劑可以有效抵御外部熱源和陽光輻照。整個復合材料協同作用，在保持一定的力學性能的同時可以有效地導熱、抗熱，延長了自身使用壽命并有效保護所承載的儀器設備。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例，下面將對實施例所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的工藝過程和工藝參數，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術的工藝過程圖；圖中的數字所代表的相應部件的名稱：1為放卷的碳纖維布，2、3、4、5、14、15、16為導布輥，6為基體膠水，7為膠槽，8為納米AZO粉末噴射設備，9、10為壓延輥，11為石墨蠕蟲噴射設備，12、13為烘爐，17為收卷的碳纖維布。圖2為模壓時的溫度和壓力參數控制圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步說明；實施例1一種高導熱碳纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將雙酚A型環氧樹脂40份、雙氰胺2份、2-甲基咪唑0.2份、硅烷偶聯劑0.02份、氧化鋅0.5份放入60份環己酮中混合均勻制得基體膠水；(2)將75份碳纖維布浸漬28份基體膠水后在內表面噴射石墨蠕蟲2份，并用壓延輥壓實；(3)再在碳纖維布的外表面噴射納米AZO粉末1份，之后在120攝氏度烘爐中烘烤10min制得得到預浸料；(4)將預浸料按圖1所示的工藝進行通過制得碳纖維面板。實施例2一種高導熱碳纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將雙酚A型環氧樹脂50份、雙氰胺5份、2-甲基咪唑0.5份、硅烷偶聯劑0.4份、氧化鋅1份放入50份環己酮中混合均勻制得基體膠水；(2)將碳纖維布70份浸漬基體膠水40份后在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，所述高導熱碳纖維復合材料包含以下重量份的原料：所述納米AZO粉末為摻鋁氧化鋅。

【技術特征摘要】
1.一種高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，所述高導熱碳纖維復合材料包含以下重量份的原料：所述納米AZO粉末為摻鋁氧化鋅。2.根據權利要求1所述的高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，所述碳纖維布為聚丙烯腈基碳纖維，面重為200-300g/m2。3.根據權利要求1或2所述的高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，所述石墨蠕蟲含碳量大于99％，容積為200-300ml/g；所述的納米AZO粉末純度大于99.9％，粒徑為10-30nm。4.根據權利要求1或2所述的高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，所述基體膠水含有以下重量份的原料：5.根據權利要求4所述的高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，所述的環氧樹脂為鄰甲酚型環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、乙二醛型環氧樹脂中的一種或幾種；所述的稀釋劑為環己酮、二甲基甲酰胺、丙二醇甲醚中的一種或幾種。6.根據權利要求4或5所述的高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，所述的固化劑為雙氰胺、二氨基二苯砜、二氨基二苯甲烷中的一種或幾種；所述的促進劑為2-甲基咪唑、1-芐基-2-乙基咪唑、2,4-二甲基咪唑中的一種或幾種...

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘寶慶，平麗浩，黃志堅，吳波，張云華，韓俊杰，林琳，
申請(專利權)人：中電科蕪湖鉆石飛機制造有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34