[發明專利]一種短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810949612.3
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109251332B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 楊鵬翱;施正堂
• 申請（專利權）人: 浙江亞太機電股份有限公司
• 主分類號: C08J5/06
• 分類號: C08J5/06;C08L61/06;C08K9/10;C08K7/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料及其制備方法。其將連續碳纖維束進行高溫熱處理，除去表面金屬離子及雜質，清洗至表面無膠后烘干得到預處理連續碳纖維束；將預處理連續碳纖維束通過制備表面包覆酚醛樹脂層的短切碳纖維束的設備，制得表面包覆酚醛樹脂層的短切碳纖維束；將表面包覆酚醛樹脂層的短切碳纖維束與酚醛樹脂粉按照一定比例混合制得混合料；將混合料進行預處理，然后冷壓預成型制得預成型板料；將預成型板料裝入熱壓模具中固化成型，經后處理得到短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維復合材料和制備方法，尤其是涉及了一種短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料及其制備方法。

背景技術

碳陶復合材料具備輕質、耐高溫、抗腐蝕、耐磨損等特點，是一種新型的高性能制動材料，在高速列車、飛機、汽車等領域具有廣泛的應用前景。碳纖維增強樹脂基復合材料是制備碳陶復合材料的基礎，其結構、性能是否滿足要求決定了最終碳陶復合材料成品的性能優劣。目前用于制備碳陶復合材料的碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料中的碳纖維可分為兩種類型：碳纖維針刺整體氈和短切碳纖維。碳纖維針刺整體氈增強的酚醛基復合材料力學性能優異，但制造周期長、成本高，限制了其大范圍應用、推廣；短切碳纖維增強的酚醛樹脂基復合材料力學性能雖遜于針刺整體氈增強，但綜合性能滿足設計要求，且成本較低，具有較大的低成本化制備潛力。

現有短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料的制備方法主要包括以下2種：

(1)將分散成單絲的短切碳纖維與液態樹脂按一定比例裝入捏合機內捏合混料，然后將混合料烘干去除揮發性溶劑，最后將烘干后的混合料裝入模具熱壓成型；

(2)將短切碳纖維束與樹脂粉按比例裝入混合機內混合，然后將混合料直接裝入模具熱壓成型。

法(1)碳纖維單絲在捏合過程中容易發生斷裂和纏結，導致混合料內的短切碳纖維長度不可控，不均勻，且有纏結團聚現象；此外，混合料烘干后較硬，不宜分散鋪展，難以實現均勻裝料，以上兩個因素使得最終制品的均勻性較差，批次差異性較大，纏結、團聚的碳纖維單絲在制品碳化后形成眾多閉孔，阻塞液態硅的滲入，無法獲得組織均勻、致密的碳陶制動材料。

法(2)采用的干法混合工藝雖可以解決法(1)各組分分布不均勻的問題，但存在樹脂對碳纖維束浸透性較差的問題，混料過程中，樹脂粉末僅包裹在碳纖維束外表面，無法滲透到碳纖維束芯部，熱壓過程中，即使軟化后的樹脂也難以充分浸潤至碳纖維束芯部，造成芯部貧樹脂，使得固化成型后碳纖維束芯部存在孔隙、缺陷，影響制品的力學性能，因樹脂無法起到傳遞力的作用，削弱了碳纖維對樹脂基體的增強作用，后續碳化過程造成制品開裂。

以上2種方法難以兼顧短切碳纖維分布的均勻性，碳化后獲得的碳碳多孔體對液硅良好的滲透性和抗裂性，產品性能批次差異較大，無法完全滿足碳陶制動材料制備的要求。

發明內容

為了解決上述背景技術中提出的問題，本發明的目的在于提供一種短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料及其制備方法，解決現有方法制備的短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料難以兼顧短切碳纖維分布的均勻性，碳化后獲得的碳碳多孔體對液硅良好的滲透性和抗裂性，產品性能批次差異較大的問題。

本發明采用的技術方案是：

一、一種短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料：

主要成分包括碳纖維束、酚醛樹脂涂層和酚醛樹脂粉，主要是由碳纖維束表面完全涂覆酚醛樹脂涂層或者部分涂覆酚醛樹脂涂層后混合入酚醛樹脂粉制成。

二、一種短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料的制備方法，其特征在于：

所述制備方法包括以下步驟：

步驟1：碳纖維束的預處理：將連續碳纖維束在900-1600℃、氬氣氣氛下進行熱處理，除去表面金屬離子及雜質，然后以丙酮、去離子水為清洗劑依次清洗至表面無膠，烘箱繞圈，得到預處理連續碳纖維束；