[发明专利]热固性树脂导电导热功能复合材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及导电导热功能复合材料及其制备方法，特别涉及热固性树脂导电导热功能复合材料及其制备方法，属于功能复合材料领域。

二、背景技术

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、导电、导热、密度低和热膨胀系数小等优异性能，在宇宙飞船、航天飞行器、人造卫星、汽车船舰、建筑及机械等领域具有广泛的应用前景。连续碳纤维/热固性树脂聚合物复合材料可以在较大范围内根据需要调节性能，是目前最有发展前景的新型结构功能材料。

碳纤维通常仅在纤维方向对复合材料呈现出明显的增强、导电和导热效应，因此连续碳纤维/聚合物复合材料的各向异性十分突出，其优异的物理力学性能都集中在纤维方向，而在复合材料的横向无纤维加强、导热、导电作用，横向的力学强度、导热导电性能差，因此复合材料的横向力学强度、力学模量、抗冲击性、导电性和导热性等均较低，与纵向方向差别大。对于平板、管材或型材等形状制品和许多复杂受力的应用领域来说，这是目前连续碳纤维/聚合物复合材料、特别是拉挤复合材料的明显不足和缺点。

三、发明内容

本发明目的是提供一种综合性能更加优异的热固性树脂导电导热功能复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种热固性树脂导电导热功能复合材料，包含(a)连续碳纤维，(b)纳米石墨薄片和(c)热固性树脂。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料所采用的热固性树脂可以是环氧树脂、不饱和聚酯、聚氨酯或聚酰亚胺中的一种或一种以上。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料中，连续碳纤维10～65质量份，纳米石墨薄片5～20质量份，热固性树脂30～85质量份。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料的制备方法可以是：依次包括以下步骤：

(1)将可膨胀石墨膨胀制成膨胀石墨且将膨胀石墨剥离制成纳米石墨薄片，或者将可膨胀石墨膨胀制成膨胀石墨；

(2)将纳米石墨薄片与热固性树脂液态预聚组合物混合配成纳米石墨薄片-热固性树脂复合浸胶液，或者将膨胀石墨与热固性树脂液态预聚组合物混合配成纳米石墨薄片-热固性树脂复合浸胶液；

(3)将连续碳纤维浸入纳米石墨薄片-热固性树脂复合浸胶液，使连续碳纤维附上纳米石墨薄片-热固性树脂复合浸胶液；

(4)将附上纳米石墨薄片-热固性树脂复合浸胶液的连续碳纤维集合形成特定形状集合体；

(5)将形成的特定形状集合体固化得到复合材料。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料的制备方法中所述的第(1)步与第(2)步之间可以增加膨胀石墨进行表面改性处理步骤或者纳米石墨薄片进行表面改性处理步骤。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料的制备方法中所述的第(2)步所述复合浸胶液中热固性树脂95～70质量份，纳米石墨薄片5～30质量份。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料的制备方法中所述的第(3)步所采用连续碳纤维最好是表面改性后的连续碳纤维。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料的制备方法中所述的第(4)步所述将附上纳米石墨薄片-热固性树脂复合浸胶液的连续碳纤维集合形成特定形状集合体的方法可以是拉挤工艺、缠绕工艺或者模压工艺。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料的制备方法中所采用的热固性树脂可以是环氧树脂、不饱和聚酯、聚氨酯或聚酰亚胺中的一种或一种以上。

与现有技术相比，本发明具有显著的优点。连续碳纤维是高强高模的一维增强体，纳米石墨微片(膨胀石墨复合过程会成为纳米石墨微片)是高强高模的二维增强体，它们两者都是导电体和导热体。连续碳纤维仅在其碳纤维方向具有优异的增强效果和导电导热性能，而纳米石墨微片弥散于连续碳纤维之间的树脂基体中，在垂直碳纤维方向的方向(或称另二维方向)呈现增强作用和导电导热性能，因此本发明复合材料力学性能、导电性能和导热性能在三维方向上均较优异且比较均衡，比目前连续碳纤维/热固性复合材料能够更好地发挥连续碳纤维复合材料的优异性能，更好地满足高技术领域对于材料轻质、高强、多功能化的需求，可以在航空航天、汽车船舰、机械工业、采矿工业、电子家电等领域获得更好的应用。

四、具体实施方式

本发明热热固性树脂导电导热功能复合材料，包含(a)连续碳纤维，(b)纳米石墨薄片和(c)热固性树脂。

本发明热固性树脂导电导热功能复合材料所采用的热固性树脂为环氧树脂、不饱和聚酯、聚氨酯或聚酰亚胺中的一种或一种以上。