[发明专利]一种短切碳纤维/碳热场材料及其制备方法

权利要求书

1.一种短切碳纤维/碳热场材料，其特征在于，制备轻质碳纤维/碳热场材料胚体材料的原材料组成及其质量份数包括：

短切碳纤维：100份

短切碳纤维：5-20份

对甲基苯酚：10-30份

苯基丙烯醛：10-30份

碱溶液：0.3-0.9份

聚合物粉体:1-3份

乙烯基助交联剂：1-3份；

所述碳纤维是由长切碳纤维/碳复合热场材料经过粉碎后获得的短切碳纤维；短切碳纤维的直径为3-5 mm；

所述短切碳纤维为丙烯腈基碳纤维、黏胶基碳纤维或沥青基碳纤维，所述短切碳纤维的直径为10-30 mm；

轻质碳纤维/碳热场材料胚体材料的制备方法包括以下步骤：

(1)喷胶浸渍：将短切碳纤维、短切碳纤维部分以及对甲基苯酚、苯基丙烯醛、碱溶液、聚合物粉体、乙烯基助交联剂部分分别从两个喷枪口喷出后,粘结在圆柱状金属模具上，形成预成型胚体；

(2)辐照固化：通过电子加速器辐射的高能电子束引发交联反应，形成乙烯基交联网络，同时放出大量反应热；在碱溶液的催化作用下，乙烯基反应热促使碱溶液催化引发甲基苯酚和苯基丙烯醛缩合反应，形成酚醛交联网络，乙烯基交联网络与酚醛交联网络相互交叉，形成双交联固化产物；

(3)热处理：将双交联固化产物放入真空烘箱中加速固化，并将固化副产物通过真空作用抽离；热处理温度在150-200 ℃，处理时间为2-4 h，真空度控制在50Pa以下；

(4)高温碳化和石墨化：短切碳纤维固化产物脱除金属模具，装上石墨模具，外表面绑缚碳纤维绳，放入高温炉中直接进行碳化和石墨化反应，快速制备得到轻质短切碳纤维/碳热场胚体材料；碳化过程中的温度为500℃-900℃；碳化过程中抽真空，真空度控制在10 Pa以下；

石墨化过程的温度为2200-2850℃，升温速率为50-200 ℃/h，石墨化过程中抽真空，真空度控制在10 Pa以下；

（5）加工和表面处理：轻质短切碳纤维/碳复合热场胚体材料加工到所要求的尺寸，同时根据客户需求对其进行表面处理；

（6）纯化炉纯化：把加工和表面处理好的短切碳纤维/碳热场材料放入纯化炉中进行纯化处理，出炉即可获得短切碳纤维/碳热场材料；

所述聚合物粉体为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯粉体，其直径为1-5 um。

2.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维/碳热场材料，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡或者氨水的水溶液，所述碱溶液的质量百分浓度为20-80%。

3.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维/碳热场材料，其特征在于，所述乙烯基助交联剂为含乙烯键的单乙烯低分子化合物、二乙烯基交联剂、三乙烯基交联剂和多乙烯基交联剂；

其中，所述单乙烯低分子化合物选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟丙酯；

二乙烯基交联剂选自二乙烯基苯、二乙烯基砜、二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸-1,4-丁二醇酯或三丙二醇二丙烯醚酯；

三乙烯基交联剂选自季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；多乙烯基交联剂包括但不限于季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯或双季戊四醇五丙烯酸酯。