本申请涉及碳材料技术领域，特别涉及一种基于短碳纤维的碳/碳复合材料及其制备方法，包括：提供梳理分散的短切碳纤维和碳材料粉料；将短切碳纤维、碳材料粉料和添加剂分散于水中，形成纤维复合分散液；提供底部形成有抽滤孔和过滤网的预设槽状容器，并将纤维复合分散液倒入预设槽状容器的内腔中，通过抽滤孔抽滤，在预设槽状容器中形成网状纤维层；在网状纤维层上施加混合树脂溶液，抽滤，以使混合树脂溶液浸入网状纤维层，干燥，得到纤维预浸料片；将多个纤维预浸料片叠加贴合，经热压固化、碳化和循环增密处理，得到碳/碳复合材料胚体；经高温纯化和机加工后得到碳/碳复合材料成品。本申请有效提升材料力学性能和密度均匀性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于短碳纤维的碳/碳复合材料及其制备方法
[0001]本申请涉及碳材料
，特别涉及一种基于短碳纤维的碳/碳复合材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]碳/碳复合材料是碳纤维增强的碳基体复合材料，具有低密度、高比模、高比强、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、生物相容性好等一系列优异性能，广泛应用于光伏热场、真空高温炉、航空航天等领域。目前的碳/碳复合材料主要通过对碳纤维束针刺成型的预制体或碳纤维布预浸料叠层成型的预制体进行增密制得，针刺预制体内部存在许多大小不一的孔隙，在增密过程中易出现表层孔隙先填充，而内部细小孔隙难以填充密实的问题，从而造成成品的密度均匀性差，影响性；后一种预制体形成的材料成品拉伸强度较高，但层间结合性差，在使用过程中易出现分层问题。
技术实现思路
[0003]针对现有技术的上述问题，本申请提供一种基于短碳纤维的碳/碳复合材料及其制备方法，能够有效提升材料力学性能，具体技术方案如下：一方面，本申请提供一种基于短碳纤维的碳/碳复合材料制备方法，制备方法包括：S1，提供梳理分散的短切碳纤维和碳材料粉料；S2，将短切碳纤维、碳材料粉料和添加剂分散于水中，形成纤维复合分散液；S3，提供底部形成有抽滤孔和过滤网的预设槽状容器，并将纤维复合分散液倒入预设槽状容器的内腔中，通过抽滤孔抽滤，在预设槽状容器中形成网状纤维层；S4，在网状纤维层上施加混合树脂溶液，抽滤，以使混合树脂溶液浸入网状纤维层，干燥，得到纤维预浸料片；S5，将多个纤维预浸料片叠加贴合，经热压固化、碳化和循环增密处理，得到碳/碳复合材料胚体；S6，对碳/碳复合材料胚体进行高温纯化和机加工，得到碳/碳复合材料成品。
[0004]可能的实施方式中，S3中抽滤过程中采用的抽滤真空泵的真空压力为20
‑
80KPa，抽滤气量为50
‑
280m3/h。
[0005]可能的实施方式中，S4中抽滤过程中采用的抽滤真空泵的真空压力为10
‑
60KPa，抽滤气量为80
‑
400m3/h。
[0006]可能的实施方式中，将多个纤维预浸料片叠加贴合包括：在纤维预浸料片表面涂布混合树脂溶液，置于模具中，然后叠层另一纤维预浸料片，重复涂布混合树脂溶液和叠层纤维预浸料片的步骤，至模具中的纤维预浸料片达到目标层数，得到叠层贴合的纤维预浸料片；纤维预浸料片上混合树脂溶液的涂布面密度为100
‑
1000g/m2；
叠层贴合的纤维预浸料片的密度为0.2
‑
1.0g/cm3。
[0007]可能的实施方式中，循环增密处理包括：将经热压固化和碳化后的碳/碳成型材料反复进行树脂浸渍和碳化处理，至碳/碳成型材料达到预设密度，得到碳/碳复合材料胚体；预设密度为1.15g/cm3以上；树脂浸渍的浸渍压力为10
‑
15MPa。
[0008]可能的实施方式中，分散的短切碳纤维呈毛丝状，短切碳纤维的长度为20
‑
70mm。
[0009]可能的实施方式中，所述网状纤维层的厚度为0.5
‑
8mm。
[0010]可能的实施方式中，网状纤维层的纤维面密度为30
‑
250g/m2。
[0011]可能的实施方式中，碳材料粉料包括石墨粉、碳粉、碳化硅粉中的一种或多种。
[0012]可能的实施方式中，碳材料粉料的粒径小于等于20μm。
[0013]可能的实施方式中，添加剂包括分散剂和水性酚醛树脂，分散剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、聚乙二醇中的一种或多种。
[0014]可能的实施方式中，短切碳纤维与碳材料粉料间的质量比为4:1～20:1。
[0015]可能的实施方式中，短切碳纤维与水间的质量比为1:10~100。
[0016]可能的实施方式中，分散剂与水间的质量比为1:50～1:250。
[0017]可能的实施方式中，水性酚醛树脂与水间的质量比为1:4～1:50。
[0018]可能的实施方式中，混合树脂溶液包括苯并噁嗪树脂、酚醛树脂、糠醇溶剂和脱泡剂。
[0019]可能的实施方式中，苯并噁嗪树脂为BPA型苯并噁嗪树脂、BPF型苯并噁嗪树脂和MDA型苯并噁嗪树脂中的一种或多种。
[0020]可能的实施方式中，酚醛树脂为PF8402、PF8218、PF9501、PF9502中的一种或多种。
[0021]可能的实施方式中，苯并噁嗪树脂与酚醛树脂间的质量比为1:0.3～1:5。
[0022]可能的实施方式中，脱泡剂为聚合物型脱泡剂，脱泡剂不含有机硅。
[0023]可能的实施方式中，脱泡剂包括BYK
‑
066N和BYK
‑
054型号脱泡剂中的一种或两种的混合。
[0024]可能的实施方式中，脱泡剂在混合树脂溶液中的质量占比为0.1
‑
0.7%。
[0025]可能的实施方式中，混合树脂溶液的粘度为300～2000MPa
•
s。
[0026]可能的实施方式中，碳化处理的碳化温度为650
‑
950℃。
[0027]可能的实施方式中，高温纯化处理的纯化温度为1800
‑
2400℃。
[0028]可能的实施方式中，S4中干燥处理的干燥温度为60～90℃，干燥时为长1～3h。
[0029]可能的实施方式中，热压固化的固化温度为180
‑
210℃，保温2
‑
4h，热压压力从1MPa逐渐升压至预设压力保压，预设压力为10
‑
12MPa。
[0030]可能的实施方式中，碳/碳复合材料成品的密度≥1.5g/cm3，碳/碳复合材料成品的弯曲强度≥165MPa，碳/碳复合材料成品的层间剪切强度≥10MPa。
[0031]另一方面，本申请提供一种基于短碳纤维的碳/碳复合材料，碳/碳复合材料采用上述的基于短碳纤维的碳/碳复合材料制备方法制得。
[0032]另一方面，本申请提供一种如上的基于短碳纤维的碳/碳复合材料的应用，碳/碳复合材料用作为导热材料、导电材料、支撑件材料或容器材料。
[0033]基于上述技术方案，本申请至少具有以下有益效果：
本申请的技术方案将梳理分散的短切碳纤维、碳材料粉料和添加剂分散于水中，形成纤维复合分散液；并将纤维复合分散液倒入底部形成有抽滤孔和过滤网的预设槽状容器中，通过抽滤孔抽滤，所形成的网状纤维层中碳纤维分布均匀，短切碳纤维间形成搭接结构，便于受力时纤维间的力传递，有利于提升成品的各向强度，优化材料力学性能，并且形成大小分布均匀的网孔，有利于后续的浸润和增密；然后在网状纤维层上施加混合树脂溶液，抽滤，干燥，得到纤维预浸料片，通过将多个纤维预浸料片叠加贴合，经热压固化、碳化和循环增密处理后，得到碳/碳复合材料胚体，进而对碳/碳复合材料胚体进行高本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于短碳纤维的碳/碳复合材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1，提供梳理分散的短切碳纤维和碳材料粉料；S2，将所述短切碳纤维、所述碳材料粉料和添加剂分散于水中，形成纤维复合分散液；S3，提供底部形成有抽滤孔和过滤网的预设槽状容器，并将所述纤维复合分散液倒入所述预设槽状容器的内腔中，通过所述抽滤孔抽滤，在所述预设槽状容器中形成网状纤维层；S4，在所述网状纤维层上施加混合树脂溶液，抽滤，以使所述混合树脂溶液浸入所述网状纤维层，干燥，得到纤维预浸料片；S5，将多个所述纤维预浸料片叠加贴合，经热压固化、碳化和循环增密处理，得到碳/碳复合材料胚体；S6，对所述碳/碳复合材料胚体进行高温纯化和机加工，得到碳/碳复合材料成品。2.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足下述特征中的至少之一：所述S3中抽滤过程中采用的抽滤真空泵的真空压力为20
‑
80KPa，抽滤气量为50
‑
280m3/h；所述S4中抽滤过程中采用的抽滤真空泵的真空压力为10
‑
60KPa，抽滤气量为80
‑
400m3/h。3.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述将多个所述纤维预浸料片叠加贴合包括：在所述纤维预浸料片表面涂布所述混合树脂溶液，置于模具中，然后叠层另一所述纤维预浸料片，重复涂布所述混合树脂溶液和叠层所述纤维预浸料片的步骤，至所述模具中的纤维预浸料片达到目标层数，得到叠层贴合的纤维预浸料片；所述纤维预浸料片上所述混合树脂溶液的涂布面密度为100
‑
1000g/m2；所述叠层贴合的纤维预浸料片的密度为0.2
‑
1.0g/cm3。4.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述循环增密处理包括：将经热压固化和碳化后的碳/碳成型材料反复进行树脂浸渍和碳化处理，至所述碳/碳成型材料达到预设密度，得到所述碳/碳复合材料胚体；所述预设密度为1.5g/cm3以上；所述树脂浸渍的浸渍压力为10
‑
15MPa。5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭俊文，李海波，甘晶晶，李小龙，
申请(专利权)人：浙江德鸿碳纤维复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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