[发明专利]一种轻质碳纤维/碳复合热场材料及其制备方法

权利要求书

1.一种轻质碳纤维/碳复合热场材料，其特征在于，制备该材料的原材料组成及其质量份数包括：

活性碳纤维软毡：100份

乙烯基苯酚：10-30份

甲醛：4-12份

氨水：0.4-1.2份

乙烯基助交联剂：1-3份；

所述活性碳纤维软毡为乙烯基硅烷偶联剂处理过的碳纤维软毡；

所述轻质碳纤维/碳复合热场材料的制备方法包括以下步骤：

(1)液相浸渍：使用乙烯基苯酚、乙烯基助交联剂、甲醛和氨水直接喷涂浸渍活性碳纤维软毡；

(2)辐照引发乙烯基交联：通过电子束辐照快速引发乙烯基苯酚与乙烯基助交联剂进行乙烯基交联反应，同时部分乙烯基苯酚上的乙烯基与碳纤维上的乙烯基基团进行交联反应，形成乙烯基交联网络；

(3)反应热引发酚醛缩合反应：乙烯基交联反应反应热促使氨水引发甲醛和乙烯基苯酚化合物的酚醛缩聚交联反应，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；

(4)碳化和石墨化：固化产物在石墨板的压制下放入高温炉中直接进行碳化和石墨化反应，快速制备得到轻质碳纤维/碳复合热场材料。

2.根据权利要求1所述的轻质碳纤维/碳复合热场材料，其特征在于，所述活性碳纤维软毡为乙烯基硅烷偶联剂处理过的碳纤维软毡，活性碳纤维软毡是由乙烯基硅烷偶联剂处理过的长碳纤维经过气流成网-针刺成毡工艺制备而成，活性碳纤维软毡的Z向纤维与X-Y面内纤维之比为1：(50-150)，密度为500-700克/厘米²，厚度为10±1毫米；所述长碳纤维的长度为10-15厘米。

3.根据权利要求1或2所述的轻质碳纤维/碳复合热场材料，其特征在于，所述乙烯基苯酚为对乙烯基苯酚或邻乙烯基苯酚。

4.根据权利要求1所述的轻质碳纤维/碳复合热场材料，其特征在于，在电子加速器的辐照作用下，乙烯基苯酚与乙烯基交联剂、活性碳纤维软毡进行交联反应。

5.根据权利要求1所述的轻质碳纤维/碳复合热场材料，其特征在于，所述氨水的质量浓度为10-100％。

6.根据权利要求1所述的轻质碳纤维/碳复合热场材料，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、多乙烯基交联剂；所述单乙烯低分子化合物选自苯乙烯和/或丙烯酸酯，所述二乙烯基交联剂选自三丙二醇二丙烯醚酯，所述多乙烯基交联剂选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或三烯丙基异三聚氰酸酯中的一种或几种。

7.权利要求1-6任一项所述的轻质碳纤维/碳复合热场材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)液相浸渍：使用乙烯基苯酚、乙烯基助交联剂、甲醛和氨水直接喷涂浸渍活性碳纤维软毡；

(2)辐照引发乙烯基交联：通过电子束辐照快速引发乙烯基苯酚与乙烯基助交联剂进行乙烯基交联反应，同时部分乙烯基苯酚上的乙烯基与碳纤维上的乙烯基基团进行交联反应，形成乙烯基交联网络；

(3)反应热引发酚醛缩合反应：乙烯基交联反应反应热促使氨水引发甲醛和乙烯基苯酚化合物的酚醛缩聚交联反应，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；

(4)碳化和石墨化：固化产物在石墨板的压制下放入高温炉中直接进行碳化和石墨化反应，快速制备得到轻质碳纤维/碳复合热场材料。

8.根据权利要求7所述的轻质碳纤维/碳复合热场材料的制备方法，其特征在于，在酚醛缩合反应中使用模具将材料固定，通过压制成型。

9.根据权利要求7或8所述的轻质碳纤维/碳复合热场材料的制备方法，其特征在于，压制过程中的压力为5-20MPa，固化时间为3-6h。

10.根据权利要求7或8所述的碳纤维/碳复合热场材料的制备方法，其特征在于，碳化过程中的温度为400℃-600℃，碳化过程中抽真空，石墨化过程的温度为2000-2800℃，升温速率为50-200℃/h。