一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，该发明专利技术制备的纳米复合材料具有三维导电网络结构，能使较高含量纳米粒子在基体中均匀分散，有效提高复合材料的导电性，为纳米复合材料在先进电子器件中的应用开辟了新的途径。

A Fiber Reinforced Composite Material with Three-Dimensional Conductive Network Structure

The invention relates to a fiber reinforced composite material with three-dimensional conductive network structure. The nanocomposites prepared by the invention have three-dimensional conductive network structure, can make high content nanoparticles disperse uniformly in the matrix, effectively improve the conductivity of the composites, and open up a new way for the application of nanocomposites in advanced electronic devices.

【技术实现步骤摘要】
一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料
本专利技术属于材料
，具体涉及一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料。
技术介绍
导电纤维增强纳米复合材料因具有优异的结构稳定性、耐腐蚀性、优异的热、电性能，其市场需求量逐年增长，在电磁干扰屏蔽、静电放电保护、微电子、电池、超级电容器和存储器件等领域有着广泛的应用。上世纪末，美国、英国、日本等国家已生产出不同规格和类别的导电复合材料。国内在该领域的起步较晚，目前高档的导电复合材料以进口为主。传统导电纤维复合材料的填料主要有金属纤维和非金属纤维之分。常用的金属纤维主要包括单种金属纤维和合金纤维。这类纤维拥有导电性好,屏蔽效能高,机械性能佳等一系列优点,但是加工温度高、工艺复杂、界面反应控制困难、成本相对高。目前非金属导电纤维研究较多的是碳纤维,导电性良好,由于碳纤维导电具有方向性,因而碳纤维在复合材料中的形态结构,分布状况决定了材料的性能,使得碳纤维复合材料的电阻率可在较大范围内调节。因此，碳基填料(如碳纳米管(CNT)、石墨、纳米碳纤维(CNF)和炭黑)是满足高导电性和设计可靠要求的理想选择。纳米碳纤维是化学气相生长碳纤维的一种形式，是通过裂解气相碳氢化合物制备的非连续石墨纤维，使用碳纳米纤维可以有效地连接纤维和基体的界面区域，与常规碳纤维比较，纳米碳纤维导电性有10倍的改善，热传导性、强度等基本特性也都有所提升,可望应用于燃料电池、高功能二次电池的电容、静电涂层、电磁屏蔽等的树脂复合材料，或高强度、轻量化的金属复合材料等。为了更好地提高复合材料的导电性，需要添加大量的纳米填料，而在较高的纳米填料含量下实现纳米填料在基体中的均匀分散仍然是一个很大的挑战。这是由于通过范德瓦尔斯力纳米填料之间的强相互吸引，并趋于聚集。纳米填料在较高含量下的结块限制了在低电渗阈下获得最大导电性。因此如何在较高含量纳米碳纤维的填充下实现均匀分散，构建3D导电网络网络结构的构建以获得优异的电气与机械性能，是本专利技术的要旨所在。
技术实现思路
针对目前技术上的问题，本专利技术的目的在于提出一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，以实现较高含量纳米粒子的均匀分散，构建3D导电网络，提高材料导电性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，所述复合材料由不饱和聚酯、玻璃纤维织物、固化剂和纳米碳纤维组成，其中按不饱和聚酯、玻璃纤维织物和固化剂的质量分数之和为100%计：不饱和聚酯10~20%，玻璃纤维织物76~85%，固化剂1~5%；所述纳米碳纤维的质量为不饱和聚酯、玻璃纤维织物和固化剂三者质量之和的0.1%~5%。进一步地，所述的不饱和聚酯为邻苯二甲酸型、间苯二甲酸型、双酚A型、乙烯基酯型和卤代不饱和聚酯树脂的一种或几种。进一步地，所述纳米碳纤维为气相生长纳米碳纤维（VGCNF）。进一步地，所述的固化剂为有机过氧化物类，如过氧化苯甲酰，过氧化甲乙酮(MEKP)。进一步地，所述玻璃纤维织物为双向[0°/90°]玻璃纤维织物一种利用上述具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料制备复合材料层压板的方法，所述方法包括以下步骤：（1）原料混合：将纳米碳纤维加入不饱和聚酯中超声分散均匀，再加入固化剂后搅拌混合均匀并同时进行脱气处理，得混合物；（2）预浸料制备：将混合物均匀涂覆在双向[0°/90°]玻璃纤维织物表面后得到预浸料；（3）真空辅助冷压成型：将6个步骤（2）得到的预浸料堆叠，得到预浸料板；再在预浸料板的底部和顶部分别放置尼龙微滤膜，有效限制树脂的外溢，再经冷压成型得到复合材料层压板。进一步地，步骤（1）中超声条件为：在80%振幅的脉冲模式下15秒间断开关，超声分散时间为60-100min。进一步地，步骤（1）的搅拌转速为1000-1500rmp。本专利技术有益效果：采用这个制备方法，在不饱和聚酯中填充少量的碳纳米管就可实现三维导电网络的构建，从而达到临界电渗阈值，实现高导电性。附图说明图1为具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料的扫描电镜图；图2为纳米碳纤维质量分数分别为0.2%、0.5%、1%、2%、3%的复合材料层压板的导电性能数据图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅仅限于这些实施例。实施例1-7一、实施例1-7原料组分如表1所示：其中不饱和聚酯为：不饱和邻苯二甲酸基聚酯树脂(等级:PalatalP68V-994，苯乙烯含量:40%，粘度23C:150~180mpaS)；玻璃纤维织物为：玻璃纤维织物（[0°/90°]ELTM600/300)，中国浙江省布兰斯顿复合材料有限公司；固化剂为：硬化剂甲基乙酮过氧化物(MEKP)；纳米碳纤维为：气相生长纳米碳纤维(VGCNFTM-H)(150nm的平均直径和长度为1020μm)从日本昭和电工有限公司购买他们面向随机,和特定的平均面积15平方米/g的纯度>99%。二、实施例1-7的复合材料层压板制备步骤：（1）原料混合分散：在室温下使用高强度超声雾化探头(20kHz,Scientz-Jy92-IIDN)将气相生长纳米碳纤维在不饱和聚酯体系超声中分散60min(在80%振幅的脉冲模式下15秒间断开关)，然后加入固化剂在真空下高速机械搅拌1000rmp使其均匀混合同时脱气处理。（2）预浸料板的制备：在真空微孔过滤辅助下，将步骤（1）得到的均匀化后的混合物用手轮均匀地涂在原始双向玻璃纤维织物表面，得到6个预浸料（长宽高为200*200*0.5mm），然后将6个预浸料按双向[0°/90°]堆叠在一起，得到具有独特结构的预浸料板。（3）真空辅助冷压成型：在预浸料板的底部和顶部放置了两层尼龙微滤膜，有助于在复合材料夹层中积累高含量的VGCNF，减少混合物的流动，最后，将其放置在真空袋中，并配以冷压机，先在真空压力为10MPa下保持24h，然后在80℃下高温固化4h，得到复合材料层压板。从图2可知，随着VGCNF含量的增加，复合材料层压板的导电率呈上升趋势，当VGCNF含量为3%时，导电率达到103S/cm。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，其特征在于：所述复合材料由不饱和聚酯、玻璃纤维织物、固化剂和纳米碳纤维组成，其中按不饱和聚酯、玻璃纤维织物和固化剂的质量分数之和为100%计：不饱和聚酯10~20%，玻璃纤维织物76~85%，固化剂1~5%；所述纳米碳纤维的质量为不饱和聚酯、玻璃纤维织物和固化剂三者质量之和的0.1%~5%。

【技术特征摘要】
1.一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，其特征在于：所述复合材料由不饱和聚酯、玻璃纤维织物、固化剂和纳米碳纤维组成，其中按不饱和聚酯、玻璃纤维织物和固化剂的质量分数之和为100%计：不饱和聚酯10~20%，玻璃纤维织物76~85%，固化剂1~5%；所述纳米碳纤维的质量为不饱和聚酯、玻璃纤维织物和固化剂三者质量之和的0.1%~5%。2.根据权利要求1所述的一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，其特征在于：所述的不饱和聚酯为邻苯二甲酸型、间苯二甲酸型、双酚A型、乙烯基酯型和卤代不饱和聚酯树脂的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，其特征在于：所述纳米碳纤维为气相生长纳米碳纤维。4.根据权利要求1所述的一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，其特征在于：所述的固化剂为有机过氧化物类。5.根据权利要求1所述的一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：林增坤，林婧，林泫，
申请(专利权)人：三明共聚塑胶有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35