[发明专利]一种短切碳纤维/碳热场材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种短切碳纤维/碳热场材料及其制备方法。本发明制备轻质碳纤维/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I：100份；短切碳纤维II：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。所述短切碳纤维/碳热场材料具有密度低(0.12‑0.20g/cm³)、力学性能优越(弯曲强度可以达到4.9MPa)、保温性能好(0.1‑0.3W/(mK))、纯度高(＜5ppm)等优越性能。

技术领域

本发明涉及碳纤维/碳复合热场材料技术领域，具体涉及一种短切碳纤维/碳热场材料及其制备方法。

背景技术

硅晶体、碳化硅晶体、氮化镓晶体的生长均需要在1500℃的高温环境和惰性气体环境下进行。金属材料和陶瓷材料由于耐温性、保温性能、力学性能、杂质问题和成型加工等问题无法满足上述晶体生长的需要。而碳纤维及其复合材料特别是轻质碳纤维/碳热场材料以其优越的耐高温性能(2800℃)、整体密度低、热场保温性能好、金属杂质含量低即纯度高等优点，在单晶硅生长炉、多晶硅生长炉、氮化镓、蓝宝石炉、碳化硅等晶体生长炉、光纤拉伸炉、金属热处理炉等高温炉中具有非常重要的应用。

现有的短切碳纤维/碳复合热场材料主要通过酚醛液相浸渍短切碳纤维-过滤干燥-固化成型-高温碳化和石墨化过程-加工。同时现有技术在生产长碳纤维/碳复合热场材料过程中，常常会产生大量的边角料无法处理，产生大量的浪费，如何处理这些高价值的碳纤维材料也是一个比较大的问题，提高碳纤维利用效率成为一大亟待解决的问题。

溶剂挥发污染环境、固化流胶、浸渍不均匀、固化能耗高、效率低、应力开裂、保温性差、提高碳纤维/碳热场材料的废物利用等问题亟待新材料和新方法来解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有材料和制备方法的不足之处，提供一种密度小、保温性能好、纯度高、强度高的短切碳纤维/碳热场材料。

本发明的另一目的在于提出一种制备工艺简单快速、具有新型树脂结构和快速固化成型优势的制备短切碳纤维/碳热场材料的方法。

本发明制备得到的轻质碳纤维/碳热场材料密度低、力学性能优越、保温性能好、纯度高。

本发明采用的技术方案如下所述：

一种短切碳纤维/碳热场材料，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I：100份

短切碳纤维II：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I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I的直径为3-5mm。

所述短切碳纤维II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II的直径为10-30mm。

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1-5um。

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％。

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；