[发明专利]基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料工程领域，具体地说，涉及一种基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备方法。

背景技术

蜂窝芯是在仿生学的基础上，结合天然蜂窝结构形状，用人造纸制成的具有整体呈蜂窝状的材料。由于该结构具有极好的稳定性，极高的比强度。在复合材料领域得到广泛应用。常见的人造蜂窝有纸蜂窝芯、纤维布蜂窝和铝蜂窝芯等，纸蜂窝芯主要包括牛皮纸蜂窝和芳纶纸蜂窝。其中，牛皮纸蜂窝芯一般不进行浸胶，强度较低，主要用在包装领域。芳纶纸蜂窝芯的原材料成本高，使其在对成本敏感的轨道交通、汽车工业的使用中受限。纤维布蜂窝在制造成本上要远高于纸蜂窝。铝蜂窝易发生腐蚀，而且在于纤维树脂基复合材料面板粘接成夹层材料时，由于热膨胀系数的差异大，使用过程中易产生粘接面的破坏。

碳纤维纸由按重量百分比计50%-85%的碳纤维与15%-50%的纸浆（植物纤维和/或合成纤维）所组成。具有导电性能稳定、强度高、效率高、可挠曲、可粘合、屏蔽性能、加工性能好，且制作简单、成本低、无污染。碳纤维纸具有导电性，其电阻率可以从10⁷-10^-3Ω·cm范围变化。优异的电热性能，发热温度范围通常是30-250℃，电热转换效率＞97%，比传统材料节能15%-30%，它的热辐射转换率＞70%，而且还放射出具有保健功能的5-20μm的远红外线。同时，碳纤维纸是一种电阻型吸波材料，对电磁波有一定的吸收和反射性能，可用做吸波材料。

作为功能材料，碳纤维所具有的优异物理、化学性能，碳纤维纸都能具有，而且碳纤维纸由短纤维无规排列，性能呈各向同性，对性能均匀性要求高的地方，碳纤维纸更有优势，目前碳纤维导电纸及其复合材料的研究与应用已经引起了国内广泛的重视，军事和民用工业上也得到了很多可喜的成绩。碳纤维纸广泛用于防静电包装、电磁屏蔽、面状发热、耐热阻燃、新能源、电化学、生物医学等领域。用碳纤维纸制成蜂窝，可以达到耐高温、轻量化、屏蔽及改善零部件力学性能等要求，在抗静电、发热、现代武器、航空航天等领域得到更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的基于碳纤维纸的蜂窝芯。

本发明的另一目的是提供上述蜂窝芯的制备方法。

为了实现本发明目的，本发明首先提供一种基于碳纤维纸的蜂窝芯的制备方法，包括以下步骤：

1）将碳纤维纸涂胶、叠层、热压，制成蜂窝叠块；根据蜂窝的尺寸限定叠纸的层数和单张纸的长度；

2）将蜂窝叠块拉伸后浸胶1～8次，每次浸胶后将蜂窝烘干，最后一次浸胶烘干后固化；

3）对浸胶固化后的蜂窝进行片切，即得基于碳纤维纸的蜂窝芯成品。

其中，步骤2）中浸胶使用的浸胶液为质量百分含量10%～40%的酚醛树脂溶液或聚酰亚胺树脂溶液，使用的溶剂为乙醇或丙酮。

步骤1）中所述的碳纤维纸由50～85重量份的碳纤维和15～50重量份的沉析纤维（植物纤维和/或合成纤维）制成。作为功能材料，碳纤维所具有的优异物理、化学性能，碳纤维纸都能具有，且制作简单、成本低、无污染。

步骤1）中涂胶使用粘度为25～35s/50mL的改性环氧型胶粘剂作为芯条胶。该芯条胶可在-50℃～150℃下长期使用，优异的耐湿热性能，常温下剪切强度大于30MPa。

步骤1）中热压时，先在70℃～100℃下预热30min～60min，然后于100℃～130℃凝胶90min～150min，最后于150℃～180℃固化2h～5h，热压压力为3MPa～7MPa。

步骤2）中将蜂窝叠块用拉伸机以5～25mm/min的拉伸速度进行拉伸。

步骤2）中每次浸胶的浸泡时间为0.5h～1h，晾置0.5h～1h后，在70℃～100℃的烘箱中预热30min～60min，然后于100℃～150℃烘干90min～150min；在进行固化时，先于70℃～100℃预热30min～60min，然后于100℃～150℃凝胶90min～150min，最后于150℃～250℃固化2h～4h。

本发明还提供由上述方法制备的基于碳纤维纸的蜂窝芯。本发明制备的蜂窝芯具有耐高温、轻量化、屏蔽及改善零部件力学性能等优点，可以在抗静电、发热、现代武器、航空航天等领域得到更为广泛的应用。