[發明專利]一種具有疊層混雜結構的高導熱碳纖維復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011283317.2
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112480604B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 王函;孫新陽;張建崗;馬超群;魯妮;曾尤;任文才;劉暢;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/00;C08K9/02;C08K7/06;C08K7/18;C08K7/00;C08K3/04;B32B9/00;B32B9/04;B32B33/00;B32B37/00;B32B38/00;D06M10/02;D06M11/74
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種具有疊層混雜結構的高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，高導熱碳纖維復合材料為碳纖維布層、片狀填料導熱網絡、片夾球疊層結構組合并鋪層后，由聚合物基體材料充分浸潤成型獲得具有疊層混雜結構；水平方向上構建平行于碳纖維布層的片狀填料導熱網絡，垂直方向上在碳纖維布層表面構建微納尺度的片夾球疊層結構；

片夾球疊層結構的含義是：由片狀納米填料與球狀納米填料形成片夾球形的結構，其中片狀納米填料的片徑尺寸應大于球形納米填料的直徑，由于球形納米顆粒的引入將兩片片狀納米填料之間撐開，從而使得片狀納米填料片片之間通過球形納米顆粒實現連接；

所述的具有疊層混雜結構的高導熱碳纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）將碳纖維布層進行等離子體處理，向將經過等離子體處理后的碳纖維布層表面交替或共混噴涂：含銅溶液，以及石墨烯溶液和/或氧化石墨烯溶液；

交替噴涂時，若碳纖維布層表面第一層噴涂含銅溶液，則下一層噴涂石墨烯和/或氧化石墨烯溶液，之后含銅溶液與石墨烯和/或氧化石墨烯溶液交替噴涂，最后一層為含銅溶液，其中含銅溶液中的含銅材料為片狀粉體，石墨烯溶液中的石墨烯為石墨烯球，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯為氧化石墨烯球，且石墨烯球或氧化石墨烯球的粒徑小于片狀粉體的片徑；若碳纖維布層表面第一層噴涂石墨烯和/或氧化石墨烯溶液，下一層則噴涂含銅溶液，之后石墨烯和/或氧化石墨烯溶液與含銅溶液交替噴涂，最后一層為石墨烯和/或氧化石墨烯溶液，其中石墨烯溶液中的石墨烯為石墨烯片，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯為氧化石墨烯片，含銅溶液中的含銅材料為球形粉體，且球形粉體的粒徑小于石墨烯片或氧化石墨烯片的片徑；

共混噴涂時，含銅溶液以及石墨烯和/或氧化石墨烯溶液共混噴涂，若含銅溶液中的含銅材料為片狀粉體，則石墨烯溶液中的石墨烯為石墨烯球，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯為氧化石墨烯球，且石墨烯球或氧化石墨烯球的粒徑小于片狀粉體的片徑；若石墨烯溶液中的石墨烯為石墨烯片，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯為氧化石墨烯片，則含銅溶液中的含銅材料為球形粉體，且球形粉體的粒徑小于石墨烯片或氧化石墨烯片的片徑；

2）將噴涂后的碳纖維布層進行干燥處理，對碳纖維布層進行鋪層，將聚合物基體材料注入碳纖維布層中，通過成型制備具有疊層混雜結構的高導熱碳纖維復合材料；

含銅溶液中的含銅材料為純銅或氧化銅的一種或兩種組合，含銅材料的比表面積為5~35 m²/g，松裝密度為0.5~5 g/cm³；含銅材料為片狀粉體時，片狀粉體的片徑為1~50μm，片狀粉體的厚度為1~20nm；含銅材料為球形粉體時，球形粉體的粒徑為0.5~30μm；

石墨烯由催化插層膨脹剝離法、石墨氧化還原法、化學氣相沉積法、外延生長法或機械剝離法制備獲得，層數為1~10層；氧化石墨烯由Hummer法或改進的Hummer法制備獲得，層數為1~10層；石墨烯球或氧化石墨烯球由化學氣相沉積法或霧化干燥法獲得，石墨烯球或氧化石墨烯球的粒徑為0.5~30μm，石墨烯片或氧化石墨烯片的片徑為1~50μm，石墨烯片或氧化石墨烯片的厚度為0.5~20nm；

含銅溶液濃度為5~50 mg/ml，石墨烯和/或氧化石墨烯溶液濃度為1~10mg/ml，使用含銅溶液與石墨烯和/或氧化石墨烯溶液的混合溶液時，石墨烯和/或氧化石墨烯與含銅材料的質量比為1:（1~50），混合溶液的濃度為1~50 mg/ml；溶液中的溶劑為去離子水、乙醇、丙酮中的一種，或者乙醇或丙酮的稀釋液。

2.按照權利要求1所述的具有疊層混雜結構的高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，碳纖維布層為碳纖維織物或者碳纖維預浸料，碳纖維織物為正交布、單向布、斜紋布的一種或兩種以上組合，碳纖維織物或碳纖維預浸料厚度為0.2~1mm，碳纖維直徑為1~10μm，碳纖維絲束的單絲數量為1K~48K，密度為1.5g/cm³~2.0 g/cm³。

3.按照權利要求1所述的具有疊層混雜結構的高導熱碳纖維復合材料，其特征在于，碳纖維布層的鋪層層數為1~50層。