[发明专利]一种负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维编织物的制备方法

说明书

本发明涉及一种负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维编织物的制备方法，用中间相沥青为原料，纺制成直径12‑16μm的中间相沥青纤维；随后经过260‑300℃预氧化后，并进行500‑800℃的低温炭化处理；把低温炭化丝编织成碳纤维二维织物，在碳纤维表面气相生长碳纳米纤维；对负载气相碳纤维的碳纤维编织物进行1200‑1500℃的高温炭化处理和2600‑3000℃的石墨化处理得到负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维编织物。本发明制得的负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维编织物是制备高导热CFRP蒙皮材料的优良前驱体，在X‑Y面具备高导热高模量的同时，兼顾Z向导热。

技术领域

本发明涉及一种可用高导热CFRP蒙皮材料的负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维编织物的制备方法。

背景技术

高导热CFRP蒙皮材料是一种综合性能优异的功能性结构材料，一方面它具备较高层间结合强度(≥40MPa)，弯曲强度(≥0.9GPa)，弯曲模量(≥0.9GPa)和低密度(≤1.5g/cm³)等特点，是轻质高强的结构材料；另一方面其导热系数(面内导热率≥180W/m·K，纵向导热率≥1.6W/m·K)较高，是一种潜力巨大的热疏导材料。如果高导热CFRP用于新一代卫星蜂窝夹层结构的蒙皮材料上，存在以下无可比拟的优势：(1)保持良好的尺寸稳定性，实现卫星的姿态稳定性和搭载设备的高精度指向；(2)快速日照日阴差和星载仪器发热产生的热量，提高元件和线路板工作的可靠性。

但目前的高导热CFRP蒙皮材料多采用中间相沥青基碳(石墨)纤维制备，一方面，石墨纤维高模量和高脆性的特点使其在预浸料制备过程中极容易断裂，工艺性能很差；另一方面，所制备的CFRP蒙皮材料Z向导热较差，无法满足导热性能需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高导热CFRP蒙皮材料的负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维编织物的制备方法，通过对中间相沥青基碳纤维的制备过程和改性工艺相结合，在低模态下对低温丝进行编织，利用化学气相沉积负载碳纳米纤维后，通过高温炭化和石墨化去除催化剂，促进中间相沥青基碳纤维和气相生长碳纳米纤维的结晶长大以及二者之间的结合，形成负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维织物。该织物通过胶膜法可制备成高导热CFRP的预浸料，结合热压罐和RTM等成型方式可最终制备高导热CFRP蒙皮材料。

本发明具体过程如下：

一种负载碳纳米纤维的中间相沥青基碳纤维编织物的制备方法，用中间相沥青为原料，纺制成直径12-16μm的中间相沥青纤维，中间相沥青的灰分＜100ppm，软化点为260-290℃，中间相含量＞98％。随后，沥青纤维经过260-300℃的预氧化处理，气氛为空气或氧气，升温速率为0.5-1℃/min；随后经过500-800℃的低温炭化处理，气氛为氮气或氩气，升温速率为3-10℃/min；最终得到中间相沥青基碳纤维的低温丝，纤维表面未进行上浆处理。然后，把未进行上浆处理的低温丝编织成二维织物，编织形式包括但不限于平纹、缎纹和斜纹。