[發明專利]一種用于高溫環境的碳纖維復合材料及其制備

在審

• 申請號: 202011237191.5
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112409787A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 張輝;于姍姍;張敦譜;段海寶
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: C08L77/06
• 分類號: C08L77/06;C08L79/08;C08L83/04;C08L61/16;C08L81/02;C08L79/04;C08K13/06;C08K3/04;C08K7/18;C08K7/00;C08K3/22;C08K7/06;C08K3/34;B32B27/28
• 代理公司: 南昌豐擇知識產權代理事務所(普通合伙) 36137
• 代理人: 張榮

本發明涉及一種增強型耐熱碳纖維復合材料及其制品，其由以下原料制備而成：由第一復合樹脂組合物和第二復合樹脂組合物及助劑1制備得到的復合樹脂基料；石墨烯納米片，選自氮化硅或氮化硼的氮化物顆粒，以及相應的助劑2。本發明所制備的碳纖維復合材料不僅具有優異的力學性能，而且具有優良的耐熱性、隔熱性和加工成型性等優點，尤其適合用于高溫熱輻射環境下的隔熱器件制作。

技術領域

本發明涉及一種增強型耐熱碳纖維復合材料及其制備方法，具體涉及一種用于高溫環境的具有高耐熱性能的增強型碳纖維復合材料及其制備方法。

背景技術

現代工業中，樹脂類材料的耐熱、散熱問題成為多個行業的普遍問題。而適用于高溫環境(超過100℃)下的復合材料也越來越受現代工業重視。例如在汽車工業中，排氣管罩是防止散發的高溫輻射到鄰近部件的有效屏障，現有技術中排氣管罩通常采用金屬例如不銹鋼材質；但是金屬材質具有笨重、隔熱性差等缺陷，在摩托車排氣管這種裸露在外的排氣管而言，更是無法達到隔熱以免乘員受傷的危險。隨著樹脂基復合材料的發展，盡管現有技術開始采用復合塑料材料制作排氣管罩，但是由于樹脂材料的耐熱局限性，通常需要將管罩安置距離排氣管較遠以克服排氣管附近高溫輻射的影響。這給排氣管附近的結構設計和造型帶來了很大的挑戰，因此，對于耐熱性好的非金屬復合材料存在迫切需求。

現代高溫耐熱復合材料不僅要求耐熱性，而且要求高強度以及導熱性、阻燃性等綜合力學強度性能。而多種材料復合運用是解決這一問題的有效方法。碳纖維例如瀝青基碳纖維是一種以煤瀝青或石油瀝青為原料制成的含碳量大于92％的特種纖維，具有高強度、高導熱、耐腐蝕等優良的綜合性能，可廣泛應用于工業領域。然而碳纖維材料雖然具有很好的力學性能，但是成本過高。

目前，國內外耐熱材料的研究主要集中在填充型聚合物復合材料方向。碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料具有耐熱性高，熱結構可逆，廢料可循環再利用等特點受到廣泛關注?，F有技術中出現多種使用溫度在200℃附近甚至更高的碳纖維增強復合材料，熱性能突出，但由于碳纖維含量過高，導致樹脂與碳纖維的界面結合性能差；在熔融成型時也帶來了不利影響。另外，現有技術中用碳纖維填充的聚合材料導熱性能差，導熱系數通常不足1W/m·K。在碳納米管填充復合材料方面，碳納米管表面能較大且其表面呈現化學惰性，導致易發生團聚現象以及與基體之間結合力下降，導熱性能不足。在填充劑中，石墨烯是一種高比強度和高比模量的納米材料，在增強碳纖維樹脂復合材料層間性能方面存在著巨大優勢。同時石墨烯也擁有優異的熱導率。

另外，碳纖維作為高性能纖維的一種，由于其強度高、韌性強、質量輕等優點而被作為復合材料增強體廣泛應用。但由于其表面惰性，高含量直接與樹脂復合制備復合材料時其表面與樹脂之間粘結性較差，界面之間結合力比較弱，從而影響復合料的性能，另外，碳纖維具有一定的脆性，因此需要將其與合適的基體材料相結合。在碳纖維復合材料中，碳纖維起到增強作用，基體則作為承載體。

因此，碳纖維增強型耐熱復合材料雖然是應用廣泛的耐熱材料之一，但是填料的填充量通常很高，往往導致原料混合時粘度很高，流動性很差，導致可加工性變差。因此，尋求一種可用于高溫環境的，具有高耐熱性、力學強度優異的碳纖維復合材料及其制備方法具有重要的產業價值。

在現有技術中，CN105835966A提供了一種碳纖維汽車排氣管，包括：碳纖維排氣管本體、傾斜孔和散熱層。其中，碳纖維排氣管本體為直管狀，且碳纖維排氣管本體由至少兩層碳纖維層組成，相鄰兩層碳纖維層的中間夾有玻璃纖維布，碳纖維排氣管本體上加工有傾斜孔，散熱層通過散熱涂料涂覆在碳纖維排氣管本體上得到。CN106499491公開了一種碳纖維復合材料汽車排氣管尾管及其制造方法，屬于汽車排氣管尾管領域。該汽車排氣管尾管包括：順次連通的帶有出氣口的第一管、彎折的連接管、帶有進氣口的第二管和復合金屬法蘭。第一管、彎折的連接管和第二管為由包括碳纖維的復合材料形成的管，第一管的中部具有由包括碳纖維的復合材料形成的凸臺。通過將第一管的中部設置成碳纖維復合材料的凸臺，改善了該汽車排氣管的隔熱效果，能夠保證第一管周圍的汽車零部件的正常運行。