[发明专利]一种连续碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种连续碳纤维复合材料及其制备方法，所述连续碳纤维复合材料由包括含碳连续纤维、偶联剂、聚合物和固化剂的反应原料经混合、浸渍并固化制得，含碳连续纤维为石墨烯或碳纤维中的至少一种，偶联剂占所述反应原料质量分数为5‑15％，含碳连续纤维：聚合物：固化剂的质量比为(1‑5)：(1.5‑10)：1.5。其制备步骤为：将含碳连续纤维与偶联剂、聚合物和固化剂混合、浸渍，在牵引装置作用下通过成型模成型，得到长纤维增强的管壳状材料，加热固化后得到所述连续碳纤维复合材料。本发明的连续碳纤维复合材料具有优异的导热性能，是目前3D打印材料中导热性能最佳的材料，在高导热材料制造中具有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及材料化学领域，具体涉及一种连续碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

随着3D打印技术的成熟，适用于3D打印的材料种类逐渐增加，目前可使用的材料已经超过200种。最常用材料是ABS塑料和PLA塑料，通过特殊的成型方式，亦可实现陶瓷、金属等材料的成型。

碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

在3D打印材料的发展过程中，出现了连续碳纤维3D打印复合材料，其是由含碳连续纤维分散于基体树脂中的碳纤维增强复合材料，由于其轻量性、较好的力学特性、尺寸稳定性和优秀的导电性等，广泛应用于汽车、航天航空、电气、光学、精密仪器、日常用品和建筑材料等领域。连续碳纤维复合材料因其相对于短切碳纤维复合材料具有更好的综合性能，而成为碳纤维复合材料的发展趋势。

在对散热性能要求极高的高精度电气元件、热敏电气元件、大发热量设备等技术领域，需要一种具有更好导热性能的连续碳纤维3D打印复合材料以满足其对温度的控制和散热的要求。因此，采用除传统的聚丙烯腈基、中间相沥青基生产碳纤维复合材料的方法之外，有必要寻找一种新的制备含碳纤维复合材料的工艺，提高复合材料的导热性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种连续碳纤维复合材料及其制备方法，该复合材料具有优异的导热性能。

为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种连续碳纤维复合材料，由包括含碳连续纤维、偶联剂、聚合物和固化剂的反应原料经混合、浸渍并固化制得，所述含碳连续纤维为石墨烯纤维或碳纤维中的至少一种，所述偶联剂占所述反应原料质量分数为5-15％，所述含碳连续纤维：聚合物：固化剂的质量比为(1-5)：(1.5-10)：1.5。

在一种优选的实施方式中，所述碳纤维是T300碳纤维、T400碳纤维、T700碳纤维、T800碳纤维、T1000碳纤维、M35碳纤维、M40碳纤维、M46碳纤维、M50碳纤维、M55碳纤维、M60碳纤维中的至少一种。

在一种优选的实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种。

在一种优选的实施方式中，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、聚异氰酸酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、环氧树脂中的至少一种。

在一种优选的实施方式中，所述固化剂为环氧树脂类固化剂、聚碳化二亚胺类固化剂、多异氰酸酯类固化剂、环氧烷类固化剂、重金属离子固化剂中的至少一种。

在一种优选的实施方式中，所述反应原料还包括增溶剂、氧化剂中的至少一种。

在一种优选的实施方式中，所述增溶剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子型表面活性剂中的至少一种，