[發明專利]一種連續高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110272112.2
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113105714B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 朱世鵬;楊云華;馮志海;李龍;孔磊;紀高寧
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/06;C08K9/06;C08K3/04;C08J5/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發明提供了一種連續高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料及其制備方法，包括：將高導熱瀝青基碳纖維軸卷放出的碳纖維穿過至少兩個定位環，經定位輥下壓后固定在鋪覆有離型紙的排紗機的卷筒上；采用硅烷偶聯劑水解處理導熱無機粒子，清洗干燥后加入到環氧樹脂基體中用于制備環氧樹脂膠液，然后注入自動注膠系統；啟動濕法預浸料排紗機的卷筒，牽引碳纖維卷繞，同時采用自動注膠系統進行連續注膠浸潤，直至卷繞成單向預浸料，取下預浸料并晾干；將晾干的預浸料裁剪、鋪層，采用真空熱壓罐固化成型制備得到復合材料。本發明方法解決了纖維易斷裂損傷及樹脂基體與纖維匹配性較差的問題，制備的復合材料力學性能和導熱性能明顯改善。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，特別涉及一種連續高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

高導熱瀝青基碳纖維是一種高性能碳纖維，由光學各向異性的中間相瀝青制得。由于其分子結構高度取向而在模量和導熱性能等方面表現出優越性。相對于聚丙烯腈基碳纖維，高導熱瀝青基碳纖維具有更高的熱導率和拉伸模量、室溫更低的負熱膨脹系數，其增強的樹脂基復合材料在高導熱結構面板、高剛度結構件、溫度交變環境零膨脹系數部件等方面具有不可替代的作用，是衛星主體結構、功能結構、防護結構和輔助結構上不可替代的核心材料。

由于高導熱瀝青基碳纖維拉伸模量非常高(如美國氰特公司瀝青基碳纖維K1100的拉伸模量達到965GPa，是理論拉伸模量1020GPa的95％)，脆性很大，采用傳統濕法和熱熔法工藝制備預浸料時，由于退繞時需要經過較多(≥5個)定位輥(羅拉)且彎折角度較大，同時樹脂含浸壓力大容易導致纖維斷裂損傷嚴重，此外基體樹脂模量和導熱性能與纖維匹配性較差，導致高導熱碳纖維導熱和力學性能發揮率低，制備的高導熱瀝青基碳纖維樹脂基復合材料力學性能和導熱性能難以達到預期。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，本發明人進行了銳意研究，提供了一種連續高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料及其制備方法，通過采用輔助設備調控碳纖維輸送角度，并對生產設備進行改造，避免碳纖維輸送時存在彎折，明顯降低了高導熱瀝青基碳纖維的斷裂損傷率，且可連續制備性能穩定的預浸料，通過真空熱壓罐固化，制備的高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料的內部缺陷少、碳纖維具有高度定向排列結構，單絲斷裂損傷少，纖維性能發揮率高，復合材料沿纖維軸向的導熱和力學性能得到明顯改善，可用于制備新型航天航空飛行器結構/功能部件，也可以滿足工業裝備領域對輕質高強高模碳纖維復合材料的需求，從而完成本發明。

本發明提供的技術方案如下：

第一方面，一種連續高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟(1)將高導熱瀝青基碳纖維軸卷置于濕法預浸料排紗機的退繞紗架上，將碳纖維穿過至少兩個定位環，經定位輥下壓后固定在鋪覆有離型紙的濕法預浸料排紗機的卷筒上；

步驟(2)采用硅烷偶聯劑水解處理導熱無機粒子，清洗干燥后加入到環氧樹脂基體中用于制備環氧樹脂膠液，并將制備的環氧樹脂膠液注入自動注膠系統；

步驟(3)啟動濕法預浸料排紗機的卷筒，牽引碳纖維卷繞，同時采用自動注膠系統進行連續注膠浸潤，直至卷繞成單向預浸料，然后取下預浸料并晾干；

步驟(4)將所述晾干的預浸料裁剪、鋪層，采用真空熱壓罐固化成型制備得到復合材料。

第二方面，根據第一方面所述連續高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料的制備方法所制備的高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料。

根據本發明提供的一種連續高導熱瀝青基碳纖維增強環氧樹脂復合材料及其制備方法，具有以下有益效果：