[發明專利]一種高強高導電復合纖維增強復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710088664.1
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106905546B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 梅輝;夏俊超;張鼎;韓道洋;肖珊珊;成來飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C08J5/04
• 分類號: C08J5/04;C08J5/24;C08L61/06;C08K7/06;C08K7/24;C04B35/80;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種高強高導電復合纖維增強復合材料的制備方法，首先通過繞線設備將碳纖維與碳納米管纖維纏繞在一起形成復合纖維，該復合纖維結合了碳纖維的高強度與碳納米管纖維的高導電性，同時保持了很好的可編織性能。在該復合纖維上制備陶瓷或樹脂基體即可制備一維碳納米管纖維與碳纖維協同增強復合材料。對復合纖維進行多維編織可制備二維、三維預制體，在預制體上制備陶瓷或樹脂基體可制備多維復合材料。該復合材料具有良好的力學性能，同時由于碳納米管纖維的加入而相較碳纖維增強復合材料具有更好的導電性能與電磁屏蔽性能。該方法開辟了結構功能一體化復合材料制備的新途徑。

技術領域

本發明屬于纖維增強復合材料制備方法，涉及一種高強高導電復合纖維增強復合材料的制備方法，具體涉及將碳纖維與碳納米管纖維纏繞形成復合纖維，在復合纖維預制體上制備陶瓷或樹脂基體，從而制備結構功能一體化復合材料的方法。

背景技術

碳纖維具有耐高溫、輕質、高強度和高模量等特點，具有優異的增強增韌效果，被廣泛用于制備樹脂或陶瓷基復合材料。碳纖維增強復合材料在眾多輕量化材料中具有較高的比強度、比剛性，輕量化效果十分明顯，在航空航天、軍工產品中得到廣泛應用。目前，復合材料發展的趨勢是結構功能一體化，碳纖維增強復合材料在力學性能上表現優異，而功能性能上表現一般。

碳納米管具有優異的導電導熱性能，將碳納米管加入到碳纖維增強復合材料中不僅能有效提高復合材料力學性能，更能提高復合材料的導電性、電磁屏蔽與導熱等功能性能。文獻“H.Mei,D.Y.Han,S.S.Xiao,et al.Improvement of the electromagneticshielding properties of C/SiC composites by electrophoretic deposition ofcarbon nanotube on carbon fibers[J].Carbon,2016,109:149-153.”公開了一種CNTs/C/SiC復合材料的制備方法，通過電泳沉積的方法將CNTs沉積到C碳纖維表面，再通過CVI方法沉積SiC陶瓷基體，所制備的復合材料電磁屏蔽性能相比C/SiC復合材料提高了56％。中國專利CN201610280043.9公開了一種陣列碳納米管/碳纖維/碳化硅導熱復合材料的制備方法，通過化學氣相沉積法在C纖維織物表面生長了碳納米管，再通過聚合物浸漬裂解制備CNTs/C/SiC復合材料具有優異的導熱性能。中國專利CN201210424541.8公開了一種冷凍干燥輔助制備碳纖維/碳納米管/環氧樹脂復合材料制備方法，通過將碳纖維預制體浸入到碳納米管溶液中后冷凍干燥得到碳纖維與碳納米管的復合預制體，通過真空輔助RTM工藝制備環氧樹脂基體得到碳纖維/碳納米管/環氧樹脂復合材料。通過上述方法均能制備碳纖維與碳納米管復合預制體，但由于碳納米管引入量有限，因此復合材料功能性能提高也有限。

碳納米管纖維是碳納米管的宏觀集合體，其繼承了單根碳管優異的導電導熱性能，將碳納米管纖維與碳纖維纏繞形成復合纖維。復合纖維同時繼承了碳纖維優異的力學性能以及碳納米管纖維優異的導電導熱性能，且碳納米管含量高、可控，以此復合纖維為預制體制備復合材料可實現復合材料結構——功能一體化。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種高強高導電復合纖維增強復合材料的制備方法，將碳纖維與碳納米管纖維纏繞形成復合纖維，結合兩種纖維的優點，克服了單一碳纖維增強復合材料力學性能良好而功能性能不足的缺點。

技術方案

一種高強高導電復合纖維增強復合材料的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將碳纖維與碳納米管纖維相互纏繞形成復合纖維，復合纖維直徑0.5～0.8mm；

步驟2：將繞線完成后的復合纖維放置于化學沉積爐中沉積PyC界面層，沉積溫度960℃，壓力0.2KPa，丙烯流量500ml/min，Ar氣流量300ml/min，沉積時間6h；