[发明专利]一种连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法，包括：将高导热沥青基碳纤维轴卷放出的碳纤维穿过至少两个定位环，经定位辊下压后固定在铺覆有离型纸的排纱机的卷筒上；采用硅烷偶联剂水解处理导热无机粒子，清洗干燥后加入到环氧树脂基体中用于制备环氧树脂胶液，然后注入自动注胶系统；启动湿法预浸料排纱机的卷筒，牵引碳纤维卷绕，同时采用自动注胶系统进行连续注胶浸润，直至卷绕成单向预浸料，取下预浸料并晾干；将晾干的预浸料裁剪、铺层，采用真空热压罐固化成型制备得到复合材料。本发明方法解决了纤维易断裂损伤及树脂基体与纤维匹配性较差的问题，制备的复合材料力学性能和导热性能明显改善。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

高导热沥青基碳纤维是一种高性能碳纤维，由光学各向异性的中间相沥青制得。由于其分子结构高度取向而在模量和导热性能等方面表现出优越性。相对于聚丙烯腈基碳纤维，高导热沥青基碳纤维具有更高的热导率和拉伸模量、室温更低的负热膨胀系数，其增强的树脂基复合材料在高导热结构面板、高刚度结构件、温度交变环境零膨胀系数部件等方面具有不可替代的作用，是卫星主体结构、功能结构、防护结构和辅助结构上不可替代的核心材料。

由于高导热沥青基碳纤维拉伸模量非常高(如美国氰特公司沥青基碳纤维K1100的拉伸模量达到965GPa，是理论拉伸模量1020GPa的95％)，脆性很大，采用传统湿法和热熔法工艺制备预浸料时，由于退绕时需要经过较多(≥5个)定位辊(罗拉)且弯折角度较大，同时树脂含浸压力大容易导致纤维断裂损伤严重，此外基体树脂模量和导热性能与纤维匹配性较差，导致高导热碳纤维导热和力学性能发挥率低，制备的高导热沥青基碳纤维树脂基复合材料力学性能和导热性能难以达到预期。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法，通过采用辅助设备调控碳纤维输送角度，并对生产设备进行改造，避免碳纤维输送时存在弯折，明显降低了高导热沥青基碳纤维的断裂损伤率，且可连续制备性能稳定的预浸料，通过真空热压罐固化，制备的高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料的内部缺陷少、碳纤维具有高度定向排列结构，单丝断裂损伤少，纤维性能发挥率高，复合材料沿纤维轴向的导热和力学性能得到明显改善，可用于制备新型航天航空飞行器结构/功能部件，也可以满足工业装备领域对轻质高强高模碳纤维复合材料的需求，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)将高导热沥青基碳纤维轴卷置于湿法预浸料排纱机的退绕纱架上，将碳纤维穿过至少两个定位环，经定位辊下压后固定在铺覆有离型纸的湿法预浸料排纱机的卷筒上；

步骤(2)采用硅烷偶联剂水解处理导热无机粒子，清洗干燥后加入到环氧树脂基体中用于制备环氧树脂胶液，并将制备的环氧树脂胶液注入自动注胶系统；

步骤(3)启动湿法预浸料排纱机的卷筒，牵引碳纤维卷绕，同时采用自动注胶系统进行连续注胶浸润，直至卷绕成单向预浸料，然后取下预浸料并晾干；

步骤(4)将所述晾干的预浸料裁剪、铺层，采用真空热压罐固化成型制备得到复合材料。

第二方面，根据第一方面所述连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法所制备的高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料。

根据本发明提供的一种连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法，具有以下有益效果：