[發明專利]一種用于航天器載荷結構的改性瀝青基碳纖維復合材料

在審

• 申請號: 201811535165.3
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111319279A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 裴瑩瑩;韓海波;夏振濤;程濤;費志禾;顧昊
• 申請（專利權）人: 上海衛星裝備研究所
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種用于航天器載荷結構的改性瀝青基碳纖維復合材料，包括瀝青基碳纖維層和碳納米管層，所述瀝青基碳纖維樹脂基復合材料層設置在碳納米管最大面積的兩個側面。本發明通過利用碳納米管對瀝青基碳纖維復合材料進行層間改性，其層間剪切強度達到20MPa以上，材料厚度方向的導熱系數不低于90W/(m·K)，面內任意方向導熱系數均大于110W/(m·K)。

技術領域

本發明涉及一種用于航天器載荷結構的改性瀝青基碳纖維復合材料。

背景技術

隨著衛星在通訊、國防、氣象等科技領域的迅速發展，各領域對衛星的要求也日漸提高，高載荷、高穩定性、高導熱性是新型功能衛星的發展趨勢，也是衛星行業競爭力 的體現。隨著星載大型設備的精密要求越高，重量與體積越來越大，并且大量使用高功 率密度器件和部組件，散熱問題突出，對衛星平臺結構復合材料力學性能和導熱性能提 出了更高的需求。

高性能瀝青基碳纖維復合材料本身具有高強度、高導熱的優異性能，但其層間力學 性能較差。同時，高性能瀝青基碳纖維復合材料具有優異的纖維導熱性，因此單向預浸料制成的瀝青基碳纖維復合材料延纖維方向導熱性好。但是，由于復合材料采用的膠脂 熱阻大，其延纖維正交方向的導熱性及層間導熱性能較差。以上缺點極大的限制了瀝青 基碳纖維在很多領域，特別是航天領域中廣泛應用的主要原因。

碳納米管具有優異的力學和熱學性能，有文獻表明碳納米管是一種公認的結構性和 功能性聚合物基復合材料的理想增強體。國內外大量研究表明碳納米管對碳纖維復合材 料層間力學性能的改善有很明顯的效果。NASA已經開展了碳納米管復合材料以結構部件形態的飛行試驗，驗證了其空間應用可行性。碳納米管已被證明其本身熱導率可達 2000～6000W/(m·K)，然而對提高碳纖維復合材料導熱性能的作用有限。之前文獻中提 到的碳納米管對碳纖維改性制備方案，通常采用將碳納米管加入碳纖維復合材料膠脂中， 再將膠脂噴涂于碳纖維布料上，其導熱性改善不明顯的主要原因是碳纖維不能在膠脂中 均勻分散、碳納米管與膠脂界面熱阻大、碳納米管之間接觸小等。

為此，本發明提出一種瀝青基碳纖維層與碳納米管層進行復合的鋪層設計方案，借 助碳納米管在層間改性和自身優異的導熱性能彌補現有瀝青基碳纖維復合材料的缺陷， 旨在獲得一種具備高強結構力學性能和高導熱性的改性瀝青基碳纖維復合材料。

發明內容

為了解決現有瀝青基碳纖維復合材料的缺點，增強性能，本發明提供了一種用于航 天器載荷結構的改性瀝青基碳纖維復合材料。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種用于航天器載荷結構的改性瀝青基碳纖維復合材料，包括瀝青基碳纖維樹脂基復合材料層和碳納米管層，所述瀝青基碳纖維樹脂基復合材料層設置在碳納米管層最大面積的兩個側面。

優選地，所述瀝青基碳纖維層由單層單向增強或二維增強瀝青基碳纖維布組成，即 瀝青基碳纖維絲單向排列或正交編織。

優選地，所述碳納米管層由單層或雙層多壁碳納米管薄膜組成，其厚度不小于100μm且不大于200μm，碳納米管徑為20-30nm。

優選地，所述碳納米管層的碳納米管長度方向為同向或不同向。

優選地，通過熱壓固化方式將所述碳納米管層與兩個側面接觸的瀝青基碳纖維布進 行物理黏合，夾在瀝青基碳纖維絲的間隙或周圍。

本發明還提供了一種用于航天器載荷結構的改性瀝青基碳纖維復合材料的制備方 法，包括以下步驟：

1)將指定長寬的瀝青基碳纖維布鋪置于平面上；

2)將指定長寬的第一塊碳納米管薄膜置于步驟1)所述的瀝青基碳纖維布上，所述碳納米管薄膜與步驟1)的瀝青基碳纖維布之間無樹脂膠；