【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有导热和电磁屏蔽性能的碳纤维复合材料的制备方法，属于碳纤维复合材料的制备领域。
技术介绍
1、碳纤维复合材料由于轻质高强和性能可设计等优异的特点在航空航天、轨道交通等领域得到广泛应用，其用量逐渐成为衡量工程先进性的重要标志。随着微型化和大功率集成电路的快速发展，热管理已成为电子设备最重要的问题之一，航天器的一些关键结构部件，如人造卫星天线、热辐射器和空间遥感相机等，由于受到空间环境巨大温差和集成电路高热通量的影响，导致热量过度积蓄，损害器件的使用效能和寿命；此外，高度集成的通信技术中不可避免的电磁干扰也成为严峻的挑战，因此，提高碳纤维复合材料的热导率/电导率是解决上述问题的一种有效而简单的方法。
2、相较纤维增强树脂复合材料的传统成型工艺—热压罐成型，真空辅助树脂灌注成型(vari)工艺因成本低、工艺简单成为主要成型工艺之一。经vari成型的碳纤维复合材料多为层合板的形式，板材中碳纤维沿面内方向排布，层间以环氧树脂粘结和传递载荷，而环氧树脂在固化后高度交联、脆性较大，因此，碳纤维复合材料的层间韧性较差。而且，由于结晶度和结构的差异，环氧树脂的热导率和电导率比碳纤维低的多，所以，声子和电子在碳纤维复合材料厚度方向上的传递并不连续，影响传热/导电效果。
3、目前改善碳纤维复合材料厚度方向导热和导电性能主要通过对碳纤维表面/结构处理、基体树脂改性和插层法来实现。例如中国专利cn 114379167 a(公开日期2022年4月22日)公开了一种层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用，该方法使
4、相较而言，插层法不会破坏碳纤维自身优异性能，同时不会影响复合材料的力学性能，中国专利cn 102909905 b(公开日期2015年5月13日)公开了一种复合导热薄层及其制备方法和应用，但作者并未指出薄层插入复合材料层间后会对其电磁屏蔽性能有所贡献。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的问题是：提升碳纤维复合材料厚度方向上的热导率/电导率，同时保持碳纤维复合材料的优异力学性能，克服对碳纤维以及树脂基体改性造成的问题，简捷、无污染的制备具有导热和电磁屏蔽的碳纤维复合材料。
2、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具有导热和电磁屏蔽性能的碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤1)：将碳纤维于丙酮溶液中回流12-24h去除表面的上浆剂，经去离子水清洗后置于烘箱中干燥3-6h；
4、步骤2)：使用磁控溅射法于本底真空度1×10-4～5×10-4pa、工作真空度0.25～0.5pa条件中，在步骤1)所得碳纤维的表面沉积cu(铜)颗粒，随后继续沉积aln(氮化铝)颗粒，逐层交替沉积，得到cu/aln协同的功能化纤维；
5、步骤3)：将步骤2)所得功能化纤维分散在配制好的分散剂溶液中，经由湿法成网、定型、干燥制成功能化碳纤维网纱；
6、步骤4)：将步骤3)所得功能化碳纤维网纱与碳纤维单向布交替铺层，最外层为碳纤维单向布，经真空辅助成型制得厚度为2-5mm的具有导热和电磁屏蔽性能的碳纤维复合材料。
7、优选地，所述步骤1)中的碳纤维包括聚丙烯腈基、中间相沥青基碳纤维中的任意一种或两种的组合；所述碳纤维为4～6mm短切碳纤维。
8、优选地，所述步骤2)中cu颗粒的沉积面积占碳纤维表面的20-40％，aln颗粒的沉积面积占纤维表面的10-30％，逐层交替沉积1-5次。
9、优选地，所述步骤2)中磁控溅射法的工艺参数为：溅射功率50～100w，沉积cu颗粒的溅射时间为10-30min，沉积aln颗粒的溅射时间为5-20min。
10、优选地，所述步骤3)中的分散剂溶液质量浓度为0.5～1％，所述分散剂包括十二烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵和油酸钠中的任意一种或几种。
11、优选地，所述步骤3)中定型所采用的材料包括聚酰胺热熔胶、有机硅树脂、聚丙烯酸树脂中的任意一种或几种。
12、优选地，所述步骤3)制得的功能化碳纤维网纱，其面密度为4～10gsm。
13、优选地，所述步骤4)中的碳纤维单向布采用面密度150-200gsm的t700 12k碳纤维单向布。
14、优选地，所述步骤4)中真空辅助成型的工艺参数为：采用环氧树脂e-44，灌注温度60-80℃，固化温度120-140℃，固化时间1-2h。
15、本专利技术提供的复合材料为使用磁控溅射法在碳纤维表面沉积cu和aln材料，并借助湿法成网得到碳纤维网纱，将这种功能化碳纤维网纱铺放在碳纤维布层间，经真空辅助成型工艺制备厚度为2-5mm的碳纤维复合材料。
16、本专利技术在碳纤维网纱的三维骨架结构上构筑连续的导热、导电通路，提升复合材料的导热性能和电磁屏蔽性能，同时，纤维网纱的插入改变了应力在复合材料层间传递的方式，从而改善复合材料的韧性，具有操作简便、可加工性强和性能优异的特点。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
18、(1)本专利技术中采用磁控溅射在短切纤维上组装导热和导电材料层，改善了材料与纤维以及纤维与纤维间的界面结合，与碳纤维网纱内部短碳纤维产生协同导热、电磁屏蔽的效果。
19、(2)本专利技术通过调节磁控溅射功率和时间，控制纤维网纱上附着的粒子结合形式和厚度，溅射镀层均匀稳定，有效避免了纳米材料易富集的问题。
20、(3)本专利技术利用碳纤维网纱作为插层增韧复合材料，同时溅射所需材料形成层间传热、导电的通路，有效解决碳纤维复合材料层间性能不佳的问题。
21、(4)本专利技术所述一种具备导热和电磁屏蔽的碳纤维复合材料的制备方法，工艺简单、操作性强，能够同时实现碳纤维复合材料的导热、电磁屏蔽及增韧，具有良好的应用前景。
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1.一种具有导热和电磁屏蔽性能的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的碳纤维包括聚丙烯腈基、中间相沥青基碳纤维中的任意一种或两种的组合；所述碳纤维采用4～6mm短切碳纤维。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中Cu颗粒的沉积面积占碳纤维表面的20-40％，AlN颗粒的沉积面积占纤维表面的10-30％，逐层交替沉积1-5次。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中磁控溅射法的工艺参数为：溅射功率50～100W，沉积Cu颗粒的溅射时间为10-30min，沉积AlN颗粒的溅射时间为5-20min。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的分散剂溶液质量浓度为0.5～1％，所述分散剂包括十二烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵和油酸钠中的任意一种或几种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中定型所采用的材料包括聚酰胺热熔胶、有机硅树脂、聚丙烯酸树脂中的任意一种或几种。<...
【技术特征摘要】
1.一种具有导热和电磁屏蔽性能的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的碳纤维包括聚丙烯腈基、中间相沥青基碳纤维中的任意一种或两种的组合；所述碳纤维采用4～6mm短切碳纤维。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中cu颗粒的沉积面积占碳纤维表面的20-40％，aln颗粒的沉积面积占纤维表面的10-30％，逐层交替沉积1-5次。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中磁控溅射法的工艺参数为：溅射功率50～100w，沉积cu颗粒的溅射时间为10-30min，沉积aln颗粒的溅射时间为5-20min。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞建勇，骆佳美，张辉，刘勇，杨雪勤，杨晨曦，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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