一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料及其制备方法。本发明专利技术通过“气流梳理”和“针刺成型”构建了具有三维网络结构的碳纤维毡，再通过“真空浸渍”和“压缩成型”相结合的方法制备得到了高导热性碳纤维复合材料。三维网络结构的存在可以有效的增加导热网络通路，极大限度的提高复合材料的导热性能。通过压缩的成型方式可以调控碳纤维的含量，从而调控复合材料的导热性能。制备得到的三维碳纤维网络结构导热复合材料的面内导热系数在3W/(mK)以上，面外导热系数可达2W/(mK)以上，密度在1.5

【技术实现步骤摘要】
一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导热复合材料
，具体涉及一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]增强聚合物复合材料的导热性主要取决于聚合物基体和填料的固有性质和微观结构。碳纤维因其高强度、轻重量、优异的热稳定性和高纵横比而受到广泛关注。因此，碳纤维被认为是增强导热性的理想填料。为了提高碳纤维复合材料的导热性能，可以采用填充或级配高导热填料与其协同作用来提高整体材料的导热系数。高导热填料一般可以是金属填料、陶瓷填料、碳材料等。填充高导热填料是可以有效的提高复合材料的导热性能，但同时会带来界面热阻、填料间的接触热阻、填料团聚等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是通过气流梳理和针刺成毡构建了具有三维网络结构的碳纤维毡，再通过“真空浸渍”和“层压成型”相结合的方法制备得到高导热碳纤维复合材料。通过层压调控碳纤维含量来控制复合材料的热管理性能的同时还进一步提高了复合材料的介电、电磁屏蔽等性能，并且制备工艺简单方便。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供一种面内导热系数在3W/(mK)以上，面外导热系数可达2W/(mK)以上，密度在1.5
‑
1.8g/cm3之间，孔隙率在10
‑
30％之间，介电性能、电磁屏蔽性能也得到了进一步提升的三维碳纤维网络结构导热复合材料。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料的制备方法，所述的高导热复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0007](1)三维纤维毡的制备包括：通过气流梳理和针刺成毡相结合的方式制备碳纤维毡；
[0008](2)三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料的制备包括：采用真空浸渍的方式将碳纤维毡和树脂基混合均匀，再通过层压的方式制备碳纤维导热复合材料。
[0009]上述步骤(1)针刺成毡过程中的针刺密度为200
‑
500刺/cm2。
[0010]上述步骤(1)制备得到的碳纤维毡的厚度为5mm
±
1mm，密度为0.05
‑
0.15g/cm3。
[0011]上述步骤(2)中层压固化采用的基体树脂为酚醛树脂。
[0012]酚醛酒精溶液的配比为1:7
‑
1:3之间。
[0013]上述步骤(2)真空浸渍过程中，真空浸渍时间为10
‑
30mins，温度为30
‑
50℃，真空浸渍完成的标志是表层起泡变小直至消失。
[0014]上述步骤(2)层压的层数为4
‑
32层，层压的压力在10
‑
20MPa之间。
[0015]层数较大时需要预压以保证最终成型，预压的压力控制在25
‑
30MPa之间。
[0016]上述步骤(2)层压过程中采用阶梯加热的方式来进行复合材料的固化。
[0017]固化温度120
‑
150℃，升温速率为10
‑
20℃/min，时间为2
‑
5h；150
‑
180℃，升温速率为5
‑
10℃/min，时间为2
‑
5h；180
‑
230℃，升温速率为2
‑
5℃/min，时间为5
‑
8h。
[0018]本专利技术先是通过“气流梳理”和“针刺成型”的方式制备得到了三维碳纤维软毡；接着采用“真空浸渍”与“层压成型”相结合的方式制备得到了三维碳纤维毡网络结构增强的高导热复合材料。通过控制针刺密度、层压的层数来实现热管理复合材料所需的不同功能。制得的碳纤维导热复合材料不仅可以实现不同的面内和面外导热性能，还可以实现不同的介电性能、孔隙率等，这是本专利技术的专利技术点。
附图说明
[0019]附图1为本专利技术所述三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料的制备示例；
[0020]附图2为本专利技术所述三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料的微观形貌。
具体实施方式
[0021]下面通过实施例及对比例，对本专利技术做进一步的详细描述。但本专利技术不仅限于下列实施例。
[0022]实施例1
[0023]一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料及其制备方法包括以下步骤：
[0024](1)通过气流梳理和针刺成毡相结合的制备方式制备得到碳纤维毡，针刺密度为200刺/cm2。碳纤维毡的厚度为5mm，密度为0.08g/cm3。
[0025](2)将(1)中制备得到的碳纤维毡放入酚醛树脂中进行真空浸渍，浸渍维度为30℃，浸渍时间为30mins。利用热压机将8层的碳纤维
‑
酚醛混合物层压固化成40mm*40mm*25mm的样块，层压的温度为120℃，升温速率为15℃/min，时间为2h；160℃，升温速率为8℃/min，时间为3h；200℃，升温速率为2℃/min，时间为5h。
[0026]制备得到的三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料的孔隙率为28％；面内导热系数为3W/(mK)；面外导热系数可达2W/(mK)；交流电导率为0.5S/cm；密度为1.53g/cm3。
[0027]实施例2
[0028]一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料及其制备方法包括以下步骤：
[0029](1)通过气流梳理和针刺成毡相结合的制备方式制备得到碳纤维毡，针刺密度为350刺/cm2。碳纤维毡的厚度为4mm，密度为0.10g/cm3。
[0030](2)将(1)中制备得到的碳纤维毡放入酚醛树脂中进行真空浸渍，浸渍维度为30℃，浸渍时间为30mins。利用热压机将24层的碳纤维
‑
酚醛混合物层压固化成40mm*40mm*25mm的样块，其中预压压力为30MPa。层压的温度为120℃，升温速率为15℃/min，时间为2h；160℃，升温速率为8℃/min，时间为3h；200℃，升温速率为2℃/min，时间为5h。
[0031]制备得到的三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料的孔隙率为18％；面内导热系数为5W/(mK)；面外导热系数可达2.5W/(mK)；交流电导率为2.8S/cm；密度为1.62g/cm3。
[0032]实施例3
[0033]一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料及其制备方法包括以下步骤：
[0034](1)通过气流梳理和针刺成毡相结合的制备方式制备得到碳纤维毡，针刺密度为500刺/cm2。碳纤维毡的厚度为5mm，密度为0.12g/cm3。
[0035](2)将(1)中制备得到的碳纤维毡放入酚醛树脂中进行真空浸渍，浸渍维度为40℃，浸渍时间为30mins。利用热压机将32层的碳纤维
‑
酚醛混合物层压固化成40mm*40mm*25mm的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)三维纤维毡的制备包括：通过气流梳理和针刺成毡相结合的方式制备碳纤维毡；(2)三维碳纤维网络结构增强的高导热复合材料的制备包括：采用真空浸渍的方式将碳纤维毡和树脂基混合均匀，再通过层压的方式制备碳纤维导热复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)针刺成毡过程中的针刺密度为200
‑
500刺/cm2。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)制备得到的碳纤维毡的厚度为5mm
±
1mm，密度为0.05
‑
0.15g/cm3。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)中层压固化采用的基体树脂为酚醛树脂，酚醛酒精溶液的质量比为1:7
‑
1:3。5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)真空浸渍过程中，真空浸渍时间为10
‑
30mins，温度为30
‑
50...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜涛，石姗姗，王瑛，相利学，唐波，周刚，代旭明，王二轲，
申请(专利权)人：湖州幄肯中欣新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：