[發明專利]一種具有導熱各向異性的鍍銅碳纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201710601310.2
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN109281159B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 封偉;呂峰;馮奕鈺
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: D06M11/83
• 分類號: D06M11/83;C23C18/40;C23C18/18;D06M101/40
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開了一種具有導熱各向異性的鍍銅碳纖維及其制備方法，所述方法包括以下步驟：1)取短切碳纖維粗化置于強氧化環境中進行粗化；2)將步驟1)制備得到的粗化碳纖維置于堿液中，進行中和；3)將步驟2)制備得到的碳纖維原料置于2～5g/ml的氯化亞錫水溶液中；再另加入濃鹽酸與氯化鈉，加熱至沸騰10～20分鐘，進行敏化；4)配制成活化溶液，將步驟3)制備的碳纖維放入活化溶液中，加熱至50～60攝氏度，持續10～15分鐘；5)在質量分數為2～4％的次亞磷酸鈉水溶液中浸泡1小時；6)將步驟5)得到的碳纖維放入鍍銅液中，加熱到50～70攝氏度，以300～600r/min的攪拌速度攪拌10～40分鐘，本發明所用材料碳纖維易得，銅源廉價，銅鍍層厚度可控，導熱率提升明顯。

技術領域

本發明涉及導熱碳纖維技術領域，特別是涉及一種具有導熱各向異性的鍍銅碳纖維及其制備方法。

背景技術

碳纖維(CF)是由聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或粘膠纖維等經氧化、炭化等過程制得的含碳量在90％以上的纖維狀固體材料。CF由于經過高溫碳化和取向，其碳原子排列非常緊密，亂層石墨之間緊密貼合，此外，CF直徑較細，在一定程度上減少了缺陷的含量，因而其具有極高的力學強度和模量。CF的拉伸強度可達7GPa，拉伸模量可達700GPa，遠高于玻璃纖維和凱夫拉纖維。此外，在不接觸空氣時，CF能夠耐受3000℃以上的高溫，具有突出的耐熱性能，而且溫度越高，纖維強度越大。碳纖維具有不生銹,比強度、比剛度高,耐高溫性能良好及尺寸穩定性等優點,已廣泛應用到航空、汽車、電子、紡織機械、醫療器械、生物工程、建筑材料、化工機械、日用品等各個領域.碳纖維增強金屬基復合材料質輕,依據纖維等級和方向性,甚至可以達到類似鋼材的強度。

瀝青基或丙烯腈基碳纖維是有機纖維經過預氧化和高溫石墨化得到的一種纖維狀一維納米材料。碳纖維由于具有規整有序的石墨原子層，聲子傳導的阻礙較少，面內缺陷較少，導熱效率很高，因而利用碳纖維制備碳基高導熱材料成為了人們研究的重點，也出現了類似專利的授權或公開。中華人民共和國國家知識產權局授權號為CN201611202967.3，等發明專利公布了利用碳纖維制備導熱復合材料的技術。

以上所述的發明專利僅僅說明了傳統的導熱碳纖維制備方法和復合工藝，只獲得了具有導熱各向異性的導熱碳材料。而對于碳纖維的碳原子的晶格震動是材料導熱的基礎，因此碳纖維材料中聲子傳遞只能沿著晶面即碳纖維軸向進行高速傳導，而對于晶面層間，過遠的距離嚴重地影響了聲子的傳導。在經過有機原料成纖工藝處理后，石墨烯晶面在外力作用下沿纖維軸向取向，因而在碳纖維中只有在沿纖維軸向上具有高熱導率(大于900W/(m·K))，而沿纖維徑向熱導率很低，不到15W/(m·K)。因此，現有已公開的發明專利所獲得材料的導熱系數較高的各向異性遠不能滿足大型計算機、高集成電子器件等對導熱材料導熱能力的要求，在碳材料已有優勢基礎上開發一種同時具有沿軸向和徑向方向的高導熱、低各向異性的材料顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種具有導熱各向異性的鍍銅碳纖維及其制備方法。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種具有導熱各向異性的鍍銅碳纖維，包括中心的碳纖維以及包覆在碳纖維外周的銅鍍層，所述鍍銅碳纖維沿纖維軸向和沿纖維徑向方向的導熱率不同。

優選的，所述銅鍍層的厚度為0.7μm～1.5μm，所述鍍銅碳纖維沿纖維軸向上的導熱率為910W/(m·K)～970W/(m·K)，所述鍍銅碳纖維沿纖維徑向上的熱導率為75W/(m·K)～175W/(m·K)。

優選的，所述銅鍍層的厚度為1.1μm～1.2μm，所述鍍銅碳纖維沿纖維軸向上的導熱率為915W/(m·K)～965W/(m·K)，所述鍍銅碳纖維沿纖維徑向上的熱導率為140W/(m·K)～175W/(m·K)。

本發明的另一方面，所述具有導熱各向異性的鍍銅碳纖維的制備方法，包括以下步驟：