一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001 ]本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】：
[0002] 碳纖維是由含碳量高且在熱處理過(guò)程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)過(guò)熱穩(wěn)定氧化 處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。碳纖維具有耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等 特性，其外形有顯著的各向異性、柔軟，可加工成各種織物，碳纖維沿纖維軸方向表現(xiàn)出很 高的強(qiáng)度，碳纖維的比重較小，具有很高的比強(qiáng)度。
[0003] 碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷燈基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料，在要求高溫、 力學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，比如在自行車輪圈的制造領(lǐng)域， 自行車輪圈要求具有極高的強(qiáng)度，傳統(tǒng)的編輻條合金自行車輪圈比較重，在承受較大的垂 直作用力時(shí)，容易發(fā)生永久變形，現(xiàn)有的碳纖維自行車輪圈的內(nèi)部中空，雖然重量小，但是 在自行車行駛過(guò)程中，黑色碳纖維本體吸熱，導(dǎo)熱能力也比較差，摩擦產(chǎn)生的熱量造成熱量 集中，會(huì)造成輪圈軟化，使得安全性大大降低。
[0004] 中國(guó)專利（201010136125.9)公開了一種新型碳纖維復(fù)合材料，其將碳纖維作為外 包材料，聚氨基甲酸酯作為填料，制備成碳纖維復(fù)合材料成品，該材料重量小，使用方便，散 熱性好，安全性能高，但是碳纖維與聚氨基甲酸酯的結(jié)合力差，該材料層間強(qiáng)度差。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，其導(dǎo)熱效果好耐高溫性能優(yōu) 異，強(qiáng)度大，抗沖擊性能強(qiáng)。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該復(fù)合材料的制備方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0009] 碳纖維1-3份，聚氨基甲酸酯10-20份，
[0010] 聚酰胺樹脂10-20份，無(wú)水氯化鈣5-6份，
[0011] 改性氧化硅1.5-3份，檸檬酸鈉4-8份，
[0012] 淀粉醚1-5份，分散劑0.8-1.5份。
[0013] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組 分：
[0014] 碳纖維2.5份，聚氨基甲酸酯20份，
[0015]聚酰胺樹脂20份，無(wú)水氯化鈣5份，
[0016]改性氧化硅2份，檸檬酸鈉6份，
[0017] 淀粉醚3.5份，分散劑1份。
[0018] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述聚酰胺樹脂為聚酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-610 中的一種或多種混合。
[0019] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述改性氧化硅的粒徑大小為20-30nm，其表面由油酸 單分子膜包覆。
[0020] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述分散劑為聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯、山梨醇 酐油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或多種混合。
[0021] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述固化劑為醋酸鈣、硬脂酸鈣、明膠、丙烯酸樹脂中 的一種或多種混合。
[0022] 一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0023] (1)將碳纖維、改性氧化硅、檸檬酸鈉、淀粉醚、分散劑和無(wú)水氯化鈣混合攪拌均 勻，超聲振動(dòng)20-50min，繼續(xù)加入聚氨基甲酸酯、聚酰胺樹脂，在100-120°C下，攪拌混合1-2h，得到混合物料；
[0024] (2)將步驟(1)得到的混合物料由雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，烘干，得到高導(dǎo)熱碳纖 維復(fù)合材料。
[0025]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0026] 本發(fā)明在碳纖維復(fù)合材料中添加無(wú)水氯化鈣和改性氧化硅，其大大提高了復(fù)合材 料的散熱性能，淀粉醚具有較強(qiáng)的粘結(jié)能力，其與分散劑使得改性氧化硅等無(wú)機(jī)填料分散 性好，制備得到的復(fù)合材料穩(wěn)定性好，加工性能好，抗沖擊性能優(yōu)異，耐高溫性能好。
【具體實(shí)施方式】：
[0027] 為了更好的理解本發(fā)明，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，實(shí)施例只用于解 釋本發(fā)明，不會(huì)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
[0028] 實(shí)施例
[0029] -種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0030] 碳纖維1份，聚氨基甲酸酯10份，
[0031] 聚酰胺樹脂10份，無(wú)水氯化鈣5份，
[0032] 改性氧化硅1.5份，檸檬酸鈉 4份，
[0033]淀粉醚1份，分散劑0.8份。
[0034]其制備方法包括以下步驟：
[0035] (1)將碳纖維、改性氧化硅、檸檬酸鈉、淀粉醚、分散劑和無(wú)水氯化鈣混合攪拌均 勻，超聲振動(dòng)20min，繼續(xù)加入聚氨基甲酸酯、聚酰胺樹脂，在100°C下，攪拌混合Ih，得到混 合物料；
[0036] (2)將步驟(1)得到的混合物料由雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，烘干，得到高導(dǎo)熱碳纖 維復(fù)合材料。
[0037] 實(shí)施例2
[0038] -種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0039]碳纖維3份，聚氨基甲酸酯20份，
[0040]聚酰胺樹脂20份，無(wú)水氯化鈣6份，
[0041 ]改性氧化硅3份，檸檬酸鈉 8份，
[0042]淀粉醚5份，分散劑1.5份。
[0043]其制備方法包括以下步驟：
[0044] (1)將碳纖維、改性氧化硅、檸檬酸鈉、淀粉醚、分散劑和無(wú)水氯化鈣混合攪拌均 勻，超聲振動(dòng)50min，繼續(xù)加入聚氨基甲酸酯、聚酰胺樹脂，在120°C下，攪拌混合2h，得到混 合物料；
[0045] (2)將步驟(1)得到的混合物料由雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，烘干，得到高導(dǎo)熱碳纖 維復(fù)合材料。
[0046] 實(shí)施例3
[0047] -種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0048]碳纖維1.5份，聚氨基甲酸酯12份，
[0049]聚酰胺樹脂12份，無(wú)水氯化鈣5.2份，
[0050] 改性氧化硅1.8份，檸檬酸鈉5份，
[0051]淀粉醚2份，分散劑1份。
[0052]其制備方法包括以下步驟：
[0053] (1)將碳纖維、改性氧化硅、檸檬酸鈉、淀粉醚、分散劑和無(wú)水氯化鈣混合攪拌均 勻，超聲振動(dòng)25min，繼續(xù)加入聚氨基甲酸酯、聚酰胺樹脂，在105°C下，攪拌混合1.2h，得到 混合物料；
[0054] (2)將步驟(1)得到的混合物料由雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，烘干，得到高導(dǎo)熱碳纖 維復(fù)合材料。
[0055] 實(shí)施例4
[0056] -種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0057]碳纖維1.8份，聚氨基甲酸酯14份，
[0058]聚酰胺樹脂14份，無(wú)水氯化鈣5.4份，
[0059]改性氧化硅2份，檸檬酸鈉6份，
[0060]淀粉醚3份，分散劑1.1份。
[0061] 其制備方法包括以下步驟：
[0062] (1)將碳纖維、改性氧化硅、檸檬酸鈉、淀粉醚、分散劑和無(wú)水氯化鈣混合攪拌均 勻，超聲振動(dòng)30min，繼續(xù)加入聚氨基甲酸酯、聚酰胺樹脂，在110°C下，攪拌混合1.4h，得到 混合物料；
[0063] (2)將步驟(1)得到的混合物料由雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，烘干，得到高導(dǎo)熱碳纖 維復(fù)合材料。
[0064] 實(shí)施例5
[0065] -種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0066]碳纖維2份，聚氨基甲酸酯16份，
[0067]聚酰胺樹脂16份，無(wú)水氯化鈣5.6份，
[0068]改性氧化硅2.2份，檸檬酸鈉7份，
[0069]淀粉醚4份，分散劑1.2份。
[0070]其制備方法包括以下步驟：
[0071] (1)將碳纖維、改性氧化硅、檸檬酸鈉、淀粉醚、分散劑和無(wú)水氯化鈣混合攪拌均 勻，超聲振動(dòng)35min，繼續(xù)加入聚氨基甲酸酯、聚酰胺樹脂，在115°C下，攪拌混合1.6h，得到 混合物料；
[0072] (2)將步驟(1)得到的混合物料由雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，烘干，得到高導(dǎo)熱碳纖 維復(fù)合材料。
[0073] 實(shí)施例6
[0074] -種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0075]碳纖維2.5份，聚氨基甲酸酯18份，
[0076]聚酰胺樹脂18份，無(wú)水氯化鈣5.8份，
[0077] 改性氧化硅2.6份，檸檬酸鈉7.5份，
[0078]淀粉醚4.5份，分散劑1.3份。
[0079]其制備方法包括以下步驟：
[0080] (1)將碳纖維、改性氧化硅、檸檬酸鈉、淀粉醚、分散劑和無(wú)水氯化鈣混合攪拌均 勻，超聲振動(dòng)40min，繼續(xù)加入聚氨基甲酸酯、聚酰胺樹脂，在120°C下，攪拌混合1.8h，得到 混合物料；
[0081] (2)將步驟(1)得到的混合物料由雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，烘干，得到高導(dǎo)熱碳纖 維復(fù)合材料。
[0082] 下面對(duì)本發(fā)明制備的高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試。
[0083] (1)力學(xué)性能
[0084]表 1
[0089]從表1、表2來(lái)看，本發(fā)明提供的碳纖維復(fù)合材料，具有較高的導(dǎo)熱性能，力學(xué)性能 優(yōu)異，可以廣泛應(yīng)用于自行車配件領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，以重量份計(jì)，包括以下組分： 碳纖維1-3份，聚氨基甲酸酯10-20份， 聚酰胺樹脂10-20份，無(wú)水氯化鈣5-6份， 改性氧化娃1.5-3份，梓檬酸鈉4-8份， 淀粉醚1-5份，分散劑0.8-1.5份。2. 如權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，以重量份計(jì)，包括以 下組分： 碳纖維2.5份，聚氨基甲酸酯20份， 聚酰胺樹脂20份，無(wú)水氯化鈣5份， 改性氧化硅2份，檸檬酸鈉6份， 淀粉醚3.5份，分散劑1份。3. 如權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述聚酰胺樹脂為聚 酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-610中的一種或多種混合。4. 如權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述改性氧化娃的粒 徑大小為20-30nm，其表面由油酸單分子膜包覆。5. 如權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述分散劑為聚氧乙 烯脫水山梨醇單油酸酯、山梨醇酐油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或多種混合。6. 如權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述固化劑為醋酸 鈣、硬脂酸鈣、明膠、丙烯酸樹脂中的一種或多種混合。7. 如權(quán)利要求1至6任一所述的一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟： (1)將碳纖維、改性氧化硅、檸檬酸鈉、淀粉醚、分散劑和無(wú)水氯化鈣混合攪拌均勻，超 聲振動(dòng)20-50min，繼續(xù)加入聚氨基甲酸酯、聚酰胺樹脂，在100-120°C下，攪拌混合l_2h，得 到混合物料； ⑵將步驟（1)得到的混合物料由雙螺桿擠出機(jī)，擠出造粒，烘干，得到高導(dǎo)熱碳纖維復(fù) 合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維1-3份，聚氨基甲酸酯10-20份，聚酰胺樹脂10-20份，無(wú)水氯化鈣5-6份，改性氧化硅1.5-3份，檸檬酸鈉4-8份，淀粉醚1-5份，分散劑0.8-1.5份。本發(fā)明還公開了該復(fù)合材料的制備方法。該復(fù)合材料導(dǎo)熱效果好耐高溫性能優(yōu)異，強(qiáng)度大，抗沖擊性能強(qiáng)，且制備方法簡(jiǎn)單，成本低。
【IPC分類】C08K5/098, C08K3/16, C08K9/10, C08K13/06, C08L77/00, C08L3/08, C08K7/06, C08L75/04, C08K3/36
【公開號(hào)】CN105542440
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610128264
【發(fā)明人】黃文成
【申請(qǐng)人】蘇州珍展科技材料有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年3月8日