[发明专利]一种耐磨型高导热的碳纤维复合材料

说明书

本发明公开了一种耐磨型高导热的碳纤维复合材料，涉及碳纤维材料技术领域，为解决现有的碳纤维复合材料耐磨性以及导热性较差的问题。所述碳纤维材料和金属层，所述碳纤维材料由胚体、基体和金属层组成，所述胚体由原丝、蠕虫状石墨和合成树胶组成，所述基体由树碳和热解炭组成，其中：所述原丝为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维和气相生长碳纤维中的一种；所述原丝、蠕虫状石墨和合成树胶的比例为50‑80：10‑16：40‑70；所述合成树胶由环氧树脂和稀释剂组成，且环氧树脂与稀释剂的比例为1:1.2‑1.6。

技术领域

本发明涉及碳纤维材料技术领域，具体为一种耐磨型高导热的碳纤维复合材料。

背景技术

碳纤维材料是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、导电、及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。

在复合材料中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。

但是，现有的碳纤维复合材料由于表面为纤维与树脂的交缠结构，一方面在使用过程中表面因长时间摩擦而造成磨损，另一方面目前碳纤维填充的导热聚合物材料，厚度导热性能差，导热系数仅仅为0.7～1.0W/m·K，因此不满足现有的需求，对此我们提出了一种耐磨型高导热的碳纤维复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨型高导热的碳纤维复合材料，以解决上述背景技术中提出的碳纤维复合材料耐磨性以及导热性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐磨型高导热的碳纤维复合材料，包括碳纤维材料和金属层，所述碳纤维材料由胚体、基体和金属层组成，所述胚体由原丝、蠕虫状石墨和合成树胶组成，所述基体由树碳和热解炭组成，其中：

所述原丝为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维和气相生长碳纤维中的一种；

所述原丝、蠕虫状石墨和合成树胶的比例为50-80：10-16：40-70；

所述合成树胶由环氧树脂和稀释剂组成，且环氧树脂与稀释剂的比例为1:1.2-1.6。

碳纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将原丝进行切断，并且与蠕虫状石墨和合成树胶进行混合，加热温度为60-80℃，加热时间为30-60min，之后利用喷枪将此混合物喷涂到芯模上使其成型；

步骤2：将成型的石墨纤维纱线进行针刺，使用空心细颈金属棒引砂，形成三向织物；

步骤3：对基体进行制备，通过树碳和热解炭按照1:1.5-2的比例进行混合，加热为4-6h；

步骤4：在热压罐中以100MPa压力下浸渍，温度为500-1200℃，采用气相沉积的方式，将树碳与热解炭不断与胚体进行反复浸渍热解，碳化时间结束后进行冷却卸压，完成对碳纤维材料的制备。

金属层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：对碳纤维材料表面进行除油处理，采用体积分数为2%的清洗剂，在40-50℃温度下进行清洗；

步骤2：对清洗完成后的碳纤维材料进行活化处理，将1-2g氯化钯、2-3g氯化亚锡、100-200ml体积分数37%盐酸、200-250ml蒸馏水混合，制得A液体，将70-80氯化亚锡、10-15g锡酸钠、200-250ml体积分数37%盐酸混合，制得B液体，将A、B液体稀释至1000mL，在40℃-50℃下陈化3h，可形成稳定胶体，将碳纤维浸入胶体中在15-30℃的温度下浸泡3-5min，达到最高覆盖率，完成后活化清洗；