[發明專利]一種輕質碳纖維/碳復合熱場材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110570053.7
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113277868B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 吳新鋒;唐波
• 申請（專利權）人: 杭州幄肯新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/84;C04B35/622
• 代理公司: 湖南天地人律師事務所 43221
• 代理人: 劉擎天

本發明提供了一種密度小、保溫性能好、純度高、強度高且制備工藝簡單快速的輕質碳纖維/碳復合熱場材料及其制備方法，本發明創造性地使用輻照引發熱引發酚醛縮合反應，利用輻照交聯乙烯化合物形成乙烯基交聯接枝碳纖維網絡，然后通過輻照乙烯基交聯反應過程中放出的熱量引發酚醛縮聚反應形成酚醛交聯網絡，多重網絡固化產物經過高溫碳化和石墨化高效低能耗制備出輕質碳纖維/碳復合熱場材料；得到的輕質碳纖維/碳復合熱場材料的彎曲強度為3.0MPa，密度為0.14g/cm³，雜質含量可以控制在20ppm以下。

技術領域

本發明涉及碳纖維/碳復合隔熱材料技術領域，具體涉及一種輕質碳纖維/碳復合熱場材料及其制備方法。

背景技術

輕質碳纖維/碳復合熱場材料因具有密度低、保溫性能好、純度高、機械性能好、加工成型簡單等特點，而被廣泛應用于多晶硅鑄錠爐、單晶硅直拉爐熱場、半導體長晶爐熱場、藍寶石長晶爐熱場、光纖拉伸爐熱場等高溫熱場中。

現有的碳纖維/碳復合熱場材料的制備方法中，其基本制備過程包括：碳纖維軟氈表面處理-浸漬酚醛樹脂-模壓壓制-高溫碳化和石墨化過程。其制備方法存在以下幾個問題：(1)表面處理過程中，碳纖維與酚醛樹脂結合性不好，造成制備得到的碳纖維/碳的界面結合性差，從而造成力學性能較差；(2)浸漬過程中，碳纖維軟氈在浸漬酚醛樹脂過程中需加入酒精等溶劑來降低樹脂的黏度，使碳纖維與酚醛樹脂充分浸漬，從而改善浸漬均勻性，然后通過烘干的方式進行處理，溶劑的加入會造成環境污染；(3)壓制過程中，浸漬好酚醛樹脂的碳纖維氈需要進一步通過壓制固化成型，整個固化過程需耗時10個小時以上，生產效率低，同時壓機加熱需要消耗大量的能耗；(4)高溫碳化和石墨化過程中，使用常規酚醛樹脂碳化后殘碳量低，力學性能較低，界面問題導致的力學性能差，黏度高加溶劑造成的溶劑污染問題，高溫壓制且壓制時間長造成的低效率和高耗能問題以及殘碳量低造成的力學性能差等問題亟待解決。

發明內容

本發明的目的是克服現有材料和制備方法的不足之處，提供一種密度小、保溫性能好、純度高、強度高且制備工藝簡單快速的輕質碳纖維/碳復合熱場材料。

本發明的另一目的在于提出一種具有新型樹脂結構和快速固化成型的制備輕質碳纖維/碳復合熱場材料的方法。

本發明利用輻照交聯乙烯化合物形成乙烯基交聯接枝碳纖維網絡，然后通過輻照乙烯基交聯反應過程中放出的熱量引發酚醛縮聚反應形成酚醛交聯網絡，多重網絡固化產物經過高溫碳化和石墨化快速制備得到輕質碳纖維/碳復合熱場材料，得到的輕質碳纖維/碳復合熱場材料可以達到甚至超過常規制備方法所達到的指標。

本發明采用的技術方案如下所述：

一種輕質碳纖維/碳復合熱場材料，制備該材料的原材料組成及其質量份數包括：

活性碳纖維軟氈：100份

乙烯基苯酚：10-30份

甲醛：4-12份

氨水：0.4-1.2份

乙烯基助交聯劑：1-3份

其中，所述的活性碳纖維軟氈為乙烯基硅烷偶聯劑處理過的碳纖維軟氈，活性碳纖維軟氈是由乙烯基硅烷偶聯劑處理過的長碳纖維經過氣流成網-針刺成氈工藝制備得到，活性碳纖維軟氈的Z向纖維與X-Y面內纖維之比為1：(50-150)，密度為500-700克/厘米²，厚度為10±1毫米；所述長碳纖維的長度為10-15厘米。

所述乙烯基苯酚優選為對乙烯基苯酚或鄰乙烯基苯酚。

在電子加速器的輻照作用下，乙烯基苯酚與乙烯基交聯劑、活性碳纖維軟氈進行交聯作用，拉近乙烯基苯酚及活性碳纖維之間的距離，放出熱量，然后進一步引發苯酚與甲醛的縮合反應。

所述乙烯基苯酚的質量份優選為4-12份。