[發明專利]一種高密度碳纖維板材及其制備方法

有效

• 申請號: 202210519600.3
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN114634368B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 曾國偉;朱海翔;黃水霞
• 申請（專利權）人: 浙江星輝新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/84;C04B35/622;C04B35/628
• 代理公司: 北京國翰知識產權代理事務所(普通合伙) 11696
• 代理人: 張天辰

本發明公開了一種高密度碳纖維板材及其制備方法，涉及碳纖維材料技術領域。該高密度碳纖維板材，包括：網胎層、碳纖維絲層、碳化基質；上述網胎層由短切絲碳纖維經打散、梳理、網鋪、針刺制成；上述網胎層和碳纖維絲層浸漬有樹脂膠，經碳化后形成碳化基質；相鄰的網胎層之間間隔有碳纖維絲層；上述短切絲碳纖維還經過表面處理；上述表面處理包括：采用聚多巴胺包裹在碳纖維表面，引入的氨基再與山奈酚葡萄糖醛酸苷結構中的羧基發生酰胺化反應。本發明制備的高密度碳纖維板材具有更加優異的力學性能，其抗彎曲能力和層間剪切性能顯著提升；且具有更佳的耐高溫氧化的能力，有效延長其高溫使用壽命；同時其耐摩擦磨損性能也得到一定改善。

技術領域

本發明屬于碳纖維材料技術領域，具體涉及一種高密度碳纖維板材及其制備方法。

背景技術

隨著現代科學技術的發展，新型材料不斷被研發生產并廣泛應用，目前發展最快的是碳纖維復合材料。碳/碳復合材料是碳纖維及其織物增強的碳基體復合材料，其特點是（1）密度低，比強度高，比模量大；（2）材料性能具有可設計性；（3）抗腐蝕性能和耐久性能好；（4）熱膨脹系數小；導熱性高，摩擦性、抗熱沖擊性能好，尺寸穩定性高，生產成本低。因此被認為是最有發展前途的高溫材料之一。

隨著碳纖維復合材料的深入應用，對材料性能的要求也越來越高，具有優異的綜合性能的纖維復合材料更加符合各行各業的需求。目前公知的碳纖維板材成型工藝是使用單向纖維板材浸漬樹脂后層壓固化成型，其特點是軸向抗拉強度高、耐腐蝕性和抗震性；但其弱點是對于抗壓構件、剪切構件和受力復雜的構件其性能較低。其中，浸漬樹脂多采用熱固性樹脂，如酚醛樹脂等。然而由于酚醛樹脂固化后自身交聯程度高，韌性差，導致其沖擊性能差，易出現龜裂等缺陷；而且，酚醛樹脂的固化溫度高、速度慢，生產中須依靠調整熱壓溫度，穩定熱壓時間，使溫度、時間和樹脂的凝固點完美配合以保證產品質量，導致能耗大、生產效率低，制約了其在人造板工業中的應用和發展。同時，碳纖維表面性質呈惰性，由于表面極性低、惰性大、活性原子含量少、活性官能團少，導致碳纖維與樹脂基體的粘結性差，不能發揮碳纖維的性能優勢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高密度碳纖維板材及其制備方法，該高密度碳纖維板材具有更加優異的力學性能，其抗彎曲能力和層間剪切性能顯著提升；且具有更佳的耐高溫氧化的能力，有效延長其高溫使用壽命；同時其耐摩擦磨損性能也得到一定改善。

本發明為實現上述目的所采取的技術方案為：

一種高密度碳纖維板材，包括：網胎層、碳纖維絲層、碳化基質；

上述網胎層由短切絲碳纖維經打散、梳理、網鋪、針刺制成；

上述碳纖維絲層由碳纖維絲束鋪層所得；

上述網胎層和碳纖維絲層浸漬有樹脂膠，經碳化后形成碳化基質；相鄰的網胎層之間間隔有碳纖維絲層，上述網胎層n+1層，上述碳纖維絲層n層，其中n≥1。本發明將網胎層與碳纖維絲層交疊復配，通過針刺作用進行復合，再經浸漬樹脂膠結劑后，采用熱固一次成型工藝，能夠盡可能的排除板材產品中的氣隙，從而保證了多層結構的穩定性；通過改變、調整碳纖維絲層與網胎層的配比、優化各個制作工序，使得碳纖維板材具有更佳的力學性能，更好地的滿足要求并優于鋼鐵、鋁合金材料所展示的性能。能夠有效改善碳纖維板材的抗壓、抗彎、抗扭、層間剪切強度，進一步降低生產加工成本，得到綜合性能更優的碳纖維復合材料板材。

進一步的，短切絲碳纖維長度包括3~10cm。

進一步的，碳纖維絲束鋪層包括單層碳纖維絲束單向鋪層和/或雙層碳纖維絲束雙向交織鋪層。其中，本發明采用縱向和橫向交錯鋪層的方法得到碳纖維絲層，這樣使得碳纖維板材具有至少兩個受力方向，且增加其交織點，得到的復合板材質地堅牢性高、表面平整度好，耐磨損性好，其綜合受力的性能要稍優于單向鋪層得到的碳纖維絲層。

進一步的，雙層碳纖維絲束雙向交織鋪層時，碳纖維絲層各層交織角度相同。