[發明專利]一種二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110174798.1
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112961380B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 朱世鵬;楊云華;馮志海;紀高寧;孔磊
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號: C08J5/06
• 分類號: C08J5/06;C08L63/00;C08L61/06;C08L101/00;C08K9/04;C08K9/06;C08K7/06;D06M13/513;D06M15/55;D06M15/41;D06M15/19;D06M101/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，將經過1200～1800℃高溫碳化處理的中間相瀝青碳纖維編織成碳布；

步驟2，將二維中間相瀝青碳纖維碳布置于石墨化爐中進行石墨化處理，得到二維中間相瀝青碳纖維石墨化碳布；所述石墨化處理的溫度為2800～3000℃，時間2～4h；

步驟3，將所述二維中間相瀝青碳纖維石墨化碳布浸潤至上漿劑溶液中，取出后烘干；所述上漿劑為環氧型N106、酚醛型K7或乙烯基型K1上漿劑；

步驟4，將上漿后的二維中間相瀝青碳纖維石墨化碳布再次浸潤至硅烷偶聯劑溶液中進行二次表面處理，取出晾干后得到二維中間相瀝青碳纖維碳布預制體；所述硅烷偶聯劑選自KH550、KH570中的至少一種；

步驟5，將所述二維中間相瀝青碳纖維碳布預制體置于模具中，采用RTM工藝注入膠液，升溫固化后冷卻、脫模，制備得到二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料；所述上漿劑為環氧型N106時，RTM工藝中所用的膠液為環氧樹脂；所述上漿劑為酚醛型K7時，RTM工藝中所用的膠液為酚醛樹脂，所述上漿劑為乙烯基型K1時，所述RTM工藝中所用的膠液為乙烯基樹脂。

2.根據權利要求1所述的二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，步驟1中，高溫碳化處理后的中間相瀝青碳纖維的碳含量≥99%，拉伸強度1400～2400MPa，拉伸模量200～240GPa，單絲直徑10～14μm。

3.根據權利要求1所述的二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，步驟1中，所述碳布的編織形式選自平紋、緞紋、斜紋中的至少一種。

4.根據權利要求1所述的二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，步驟3中，所述上漿劑溶液的濃度為3～5wt%，浸潤時間為10～60s。

5.根據權利要求1所述的二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，步驟4中，所述硅烷偶聯劑溶液的濃度為1～3 wt %。

6.根據權利要求1所述的二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，步驟5中，所述RTM工藝中所用的膠液為環氧樹脂時，所述環氧樹脂包含以下質量份組分：

環氧樹脂基體 100份；

固化劑 50～100份；

促進劑 0.1～2份；

其中，所述環氧樹脂基體選自4,5-環氧環己烷-1,2-二甲酸二縮水甘油酯、3,4-環氧環己基甲酸-3',4'-環氧環己基甲酯、三苯基縮水甘油醚基甲烷中的至少一種；所述固化劑選自六氫鄰苯二甲酸酐、甲基六氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐中的至少一種；所述促進劑選自N,N-二甲基苯胺、2,4,5-三(二甲氨基甲基)苯酚、2-甲基咪唑中的至少一種；

固化溫度為120～180℃、固化時間為2～6小時。

7.根據權利要求1所述的二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，步驟5中，所述RTM工藝中所用的膠液為酚醛樹脂時，所述酚醛樹脂選自高碳酚醛、鋇酚醛、雙馬改性酚醛樹脂中的至少一種；

固化溫度為100～180℃、固化時間為4～12小時。

8.根據權利要求1所述的二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，步驟5中，所述RTM工藝中所用的膠液為乙烯基樹脂時，所述乙烯基樹脂選自酚醛環氧乙烯基酯、雙酚A環氧乙烯基酯、阻燃型乙烯基酯中的至少一種；

固化溫度為100～180℃、固化時間為2～6小時。

9.根據權利要求1所述的二維高熱導率碳纖維增強樹脂基復合材料，其特征在于，該復合材料的熱導率≥145 W/(m·K)，拉伸強度≥223 MPa，拉伸模量≥238 GPa，彎曲強度≥145 MPa，層間剪切強度≥10 MPa。