[发明专利]一种碳纤维复合毡及其增强聚合物复合材料导热导电性能的方法

说明书

本发明提供了一种碳纤维复合毡及其增强聚合物复合材料导热导电性能的方法，首先，碳纤维在气流网中形成面内层层堆叠碳纤维软毡，上下方向针刺，通过浸渍将一层有机物包裹于碳纤维表面上，然后再高温下碳化处理得到碳纤维/碳复合硬毡，将其进行化学电镀得到具有金属‑碳‑碳纤维三层纤维结构的碳纤维复合毡，最后按照一定比例压缩碳纤维复合毡使其排列更加密集，真空下在聚合物预聚体浸渍后，高温固化并且退火得到复合材料；所述的碳纤维复合毡中具有类似于“线缆”或“芝麻巧克力棒”的多级结构，可以在复合材料中形成丰富的高效导热导电通路，显著提高聚合物导热以及导电性能，满足现今电子电器设备散热要求。

技术领域

本发明属于导热导电复合材料制备技术领域，涉及一种碳纤维复合毡及其增强聚合物复合材料导热导电性能的方法。

背景技术

随着微电子集成与组装技术的飞速发展和电力电气绝缘领域对高电压的越来越高的要求以及其他相关领域的飞速发展，电子元器件和逻辑电路的体积成千万倍地缩小，而工作频率急剧增加此时电子设备所产生的热量迅速积累和增加，工作环境温度也向高温方向迅速变化。为保证电子元器件长时间高可靠地正常工作，必须阻止工作温度的不断升高，因此及时散热能力就成为影响其使用寿命的重要因素，迫切需要研制高导热性能的聚合物材料。高分子材料的应用领域不断拓展，是因为通过对其结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。而且高分子材料独特的结构和易改性、易加工的特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。

化工生产和废水处理中使用的热交换器材料不仅要有低成本、较高的得导热能力，还需要具有耐高温和优异的耐化学腐蚀性能。电子电气上使用导热材料如高散热界面材料和外壳材料往往需要具备优良的电磁屏蔽和力学性能以满足其使用要求，LED照明需要良好散热性能的覆铜基板，否则LED等不能及时散失自身热量，导致严重的光衰而造成产品报废。为满足微电子、电机电器、航天航空、军事装备等诸多制造业及高科技领域的发展需求，制备具有优良综合性能的高导热导电聚合物材料正成为该领域的研究热点，受到越来越多国内外研究同行的关注。

发明内容

本发明的目的在于克服现有碳纤维增强导热导电复合材料制备工艺的不足，提供一种具有高导热性、导电性和易制备特点的碳纤维复合毡及其制备方法，并实现了其在聚合物基导热复合材料中的应用。本发明以直径分布均一的碳纤维为原料，气流网络成形技术以及针刺法制备平面内取向的碳纤维软毡，通过浸渍碳纤维软毡与溶液中将一层有机物包裹于碳纤维表面上，然后再高温下将有机物碳化处理得到碳纤维/碳复合硬毡，此硬毡中具有碳包围碳纤维表面的结构，进一步将其进行化学电镀得到具有金属-碳-碳纤维三层杂化纤维结构的碳纤维复合毡，最后按照一定比例压缩碳纤维复合毡使其排列更加密集，真空下在聚合物预聚体浸渍后，高温固化并且退火得到复合材料。碳纤维复合毡中具有类似于“线缆”或“芝麻巧克力棒”的三层多级结构，可以在复合材料中形成丰富的高效导热导电通路，相比原有碳纤维聚合物复合材料的性能明显增强，显著提高聚合物导热以及导电性能，满足现今电子电器设备散热要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明一种碳纤维复合毡，所述碳纤维复合毡的制备方法包括以下步骤：

(1)碳纤维在气流网中形成面内层层堆叠碳纤维软毡；

(2)对碳纤维软毡z轴针刺后通过浸渍将一层有机物包裹于碳纤维表面上；

(3)碳化处理得到碳纤维/碳复合硬毡；

(4)通过化学电镀法将碳纤维/碳复合硬毡表面镀金属镀层或金属颗粒得到具有金属-碳-碳纤维三层纤维结构的碳纤维复合毡；

(5)压缩碳纤维复合毡。

所述的碳纤维复合毡中杂化碳纤维具有类似于“线缆”或“芝麻巧克力棒”的多级结构。

上述结构可有效增加导热导电通路。