CN106584965B

CN106584965B - 一种高导热碳纤维复合材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN106584965B
Application number: CN201611202967.3A
Authority: CN
Inventors: 王绍凯; 顾轶卓; 王婷婷; 李敏; 张佐光
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2036-12-23
Also published as: CN106584965A

Abstract

本发明提供了一种高导热碳纤维复合材料。本发明提供的高导热碳纤维复合材料利用碳纤维优异的轴向导热性能，重点改善了复合材料厚度方向上导热系数低的问题，增强了复合材料三维方向上的导热性。本发明通过面层和芯层的夹心结构的设置，通过层间界面改性引入高导热层，进而提高了层间导热性。根据实施例的实验结果可知，本发明提供的高导热碳纤维复合材料的导热系数为10～80W/m·K，远远高于现有技术中的0.7～1.0W/m·K。

Description

一种高导热碳纤维复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及导热聚合物材料技术领域，尤其涉及一种高导热碳纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着微电子集成与组装技术的飞速发展和电力电气绝缘领域对高电压的越来越高的要求以及其他相关领域的飞速发展，电子元器件和逻辑电路的体积成千万倍地缩小，而工作频率急剧增加。此时，电子设备所产生的热量迅速积累和增加，工作环境温度也向高温方向迅速变化。为保证电子元器件长时间可靠地正常工作，必须阻止工作温度的不断升高。因此，即时散热能力就成为影响电子元器件使用寿命的重要因素。

高分子材料的应用领域不断拓展是因为通过对其结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。但是一般高分子材料都是热的不良导体，为满足微电子、电机电器、航天航空、军事装备等诸多制造业及高科技领域的发展需求，制备具有优良综合性能的高导热聚合物材料正成为该领域的研究热点，受到越来越多的关注。

目前，国内外导热聚合物材料的研究主要集中在填充型导热聚合物材料方向。用于制备高导热绝缘聚合物复合材料的传统导热填料主要可以分为:(1)金属类填料，比如铜、银、金、镍和铝等；(2)碳类填料，比如无定形碳、碳纤维、石墨、金刚石、碳纳米管和石墨烯等；(3)陶瓷类填料，这类填料是用的最多的一类，比如氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化镁(MgO)、氧化铍(BeO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化硅(SiO2)等。然而，现有技术中用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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热碳纤维复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的高导热碳纤维复合材料在厚度方向上具有优异的导热性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高导热碳纤维复合材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)将树脂和固化剂溶于挥发性有机溶剂中，得到胶液，所述树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或几种；

(2)将碳纤维浸渍于所述胶液中，得到碳纤维单向预浸料；将所述碳纤维单向预浸料层叠后加热固化，得到碳纤维单向层板；

(3)沿与纤维轴线交叉的方向，将所述碳纤维单向层板分割成纤维条；以纤维条最大面积的侧面为粘结面，用胶黏剂对纤维条顺次进行粘结，得到纤维集合体；对所述纤维集合体进行加热固化，得到复合材料芯层；

(4)用胶黏剂在所述复合材料芯层与纤维轴线交叉的方向的两个相对端面上分别粘结面层，加热固化后得到高导热碳纤维复合材料。

优选的，所述步骤(1)中，树脂和固化剂的质量比为300:(180～260)。

优选的，所述步骤(1)中胶液的密度为0.85～1.05g/cm³。

优选的，所述步骤(2)中，所述碳纤维为聚丙烯腈高强型碳纤维、聚丙烯腈高模型碳纤维和中间相沥青基碳纤维中的一种或几种；

碳纤维的规格为1～24k。

优选的，所述步骤(2)中，碳纤维单向预浸料每层中相邻两根纤维之间的距离为0.2～1.5mm。

优选的，所述步骤(2)中，层叠的层数为10～50层。

优选的，所述步骤(2)～(4)中，加热固化的温度独立为80～180℃，加热固化的时间独立为1～5小时。

优选的，所述步骤(4)中，面层为石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、碳纤维织物和步骤(2)所述碳纤维单向预浸料中的一种或几种。

本发明还提供了一种上述技术方案所述制备方法得到的高导热碳纤维复合材料，包括芯层和粘结在所述芯层与纤维轴线交叉的方向的两相对端面的面层，所述芯层包含由胶液粘结的规则排列的单向碳纤维，芯层中碳纤维的体积分数为50～65％；

所述芯层的厚度为1～10mm；

所述面层的厚度为0.1～0.4mm。

本发明还提供了一种上述技术方案所述高导热碳纤维复合材料在电子元器件屏蔽盒中的应用。

本发明提供了一种高导热碳纤维复合材料，将树脂和固化剂溶于挥发性有机溶剂中，得到胶液，所述树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或几种；将碳纤维浸渍于所述胶液中，得到碳纤维单向预浸料；将所述碳纤维单向预浸料层叠后加热固化，得到碳纤维单向层板；沿与纤维轴线交叉的方向，将所述碳纤维单向层板分割成纤维条；以纤维条最大面积的侧面为粘结面，用胶黏剂对纤维条顺次进行粘结，得到纤维集合体；对所述纤维集合体进行加热固化，得到复合材料芯层；用胶黏剂在所述复合材料芯层与纤维轴线交叉的方向的两个相对端面上分别粘结面层，加热固化后得到高导热碳纤维复合材料。本发明提供的高导热碳纤维复合材料利用碳纤维优异的轴向导热性能，改善了复合材料厚度方向上导热系数低的问题，增强了复合材料三维方向上的导热性。本发明通过面层和芯层的夹心结构的设置，通过在面层的层间界面改性引入高导热层，进而提高了层间导热性。根据实施例的实验结果可知，本发明提供的高导热碳纤维复合材料与纤维轴向平行的厚度方向上的导热系数为10～80W/m·K，远远高于现有技术中的0.7～1.0W/m·K。

附图说明

图1为本发明中碳纤维单向层板的结构示意图；

图2为本发明中纤维条的裁剪方向示意图；

图3为本发明中复合材料芯层的制备过程示意图；

图4为本发明中高导热碳纤维复合材料的结构示意图；

图5为本发明实施例1得到的碳纤维单向层板；

图6为本发明实施例1得到的纤维条；

图7为本发明实施例1得到的复合材料芯层；

图8为本发明实施例3得到的高导热碳纤维复合材料的200μm SEM图；

图9为本发明实施例3得到的高导热碳纤维复合材料的100μm SEM图。

具体实施方式

本发明将树脂和固化剂溶于挥发性有机溶剂中，得到胶液。在本发明中，所述树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或几种，优选为环氧树脂，更优选为E51型环氧树脂或AG80型环氧树脂。在本发明中，所述固化剂优选为酸酐类固化剂、咪唑类固化剂和胺类固化剂中的一种或几种，更优选为二氨基二苯砜(DDS)。在本发明中，所述树脂和固化剂的质量比优选为300:(180～260)，更优选为300:(200～240)，最优选为300:(210～230)。

在本发明中，所述挥发性有机溶剂优选为丙酮和/或乙醇。在本发明中，所述挥发性有机溶剂的用量通过所述胶液的密度来进行控制。在本发明中，所述胶液的密度优选为0.85～1.05g/cm³，更优选为0.9～1.0g/cm³，最优选为0.92～0.98g/cm³。

得到胶液后，本发明将碳纤维浸渍于所述胶液中得到碳纤维单向预浸料。在本发明中，所述碳纤维为聚丙烯腈高强型碳纤维、聚丙烯腈高模型碳纤维和中间相沥青基碳纤维中的一种或几种。在本发明中，所述碳纤维的规格优选为1～24k，具体的可以为1k、3k、6k、12k、24k。本发明对所述碳纤维单向预浸料的制备方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的碳纤维单向预浸料的制备方法进行制备即可，优选为湿法排布法。在本发明中，所述碳纤维单向预浸料中每层层内相邻两根纤维之间的距离优选为0.2～1.5mm，更优选为0.5～1mm，最优选为0.6～0.8mm。

所述浸渍后，本发明优选除去得到的浸渍物中的溶剂，得到碳纤维单向预浸料。本发明对除溶剂的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案保证溶剂蒸发完全即可；在本发明的实施例中，可具体将所述浸渍物在室温下放置5～10小时，更优选为6～9小时，最优选为7～8小时。

得到碳纤维单向预浸料后，本发明将所述碳纤维单向预浸料层叠后加热固化，得到碳纤维单向层板。在所述层叠之前，本发明优选的将所述碳纤维单向预浸料裁剪成尺寸一致的长方形，对裁剪后的碳纤维单向预浸料进行层叠。在本发明中，所述层叠的层数优选为10～50层，更优选为20～40层，最优选为25～35层。

本发明对所述层叠物加热固化的具体方式没有特殊要求。在本发明中，所述加热固化优选在平板模具中进行，更优选的将所述层叠物置于真空袋中，利用真空袋进行加压，真空压力-0.1MPa，同时加热固化。

在本发明中，对所述层叠物加热固化的温度优选为80～180℃，更优选为100～160℃，最优选为120～140℃；所述加热固化的时间优选为1～5小时，具体的可以为1小时、2小时、3小时、4小时或5小时。在本发明中，所述碳纤维单向层板的结构示意图如图1所示，每层碳纤维单向预浸料中碳纤维规则排布，且排布方向均一致。

得到所述碳纤维单向层板后，本发明沿与纤维轴线交叉的方向，将所述碳纤维单向层板分割成纤维条；以纤维条最大面积的侧面为粘结面，用胶黏剂对纤维条顺次进行粘结，得到纤维集合体。在本发明中，所述与纤维轴线交叉的方向优选为与碳纤维轴线夹角≥45°，更优选的垂直于碳纤维轴向。在本发明中，所述纤维条的裁剪方向示意图如图2所示。在本发明中，以碳纤维的轴线方向为基准，所述纤维条的高度优选为1～10mm，更优选为2～7mm，最优选为4～5mm。在本发明中，所述纤维条优选的比芯层的厚度高0.5～1mm，具体的可以为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。本发明设置纤维条的高度大于实际芯层的高度是为了满足在粘结面层之前，对芯层的磨抛处理。

在本发明中，所述胶黏剂优选包含树脂和固化剂。在本发明中，所述胶黏剂中树脂和固化剂的种类与上述技术方案所述树脂和固化剂相同，在此不再进行赘述。在本发明中，所述胶黏剂中树脂和固化剂的质量比优选为100:(60～90)，更优选为100:(70～85)，最优选为100:(75～80)。

在本发明中，复合材料芯层的制备过程如图3所示，所述复合材料芯层优选的由所述纤维条平行粘结而成。在本发明中，所述若干纤维条的数量与要求得到的产品的尺寸要求有关，可以根据实际的生产要求进行设置。在本发明中，所述若干纤维条优选为15～25条，更优选为17～23条，最优选为19～21条。

得到所述纤维集合体后，本发明对纤维集合体进行加热固化，得到复合材料芯层。在本发明中，所述纤维集合体的加热固化优选在烘箱中进行。本发明优选在所述加热固化过程中，以垂直于纤维轴向的方向对纤维集合体施加侧向的压力，防止纤维集合体中纤维的排布出现松散和混乱，保证复合材料芯层的形状。本发明对所述侧向压力的大小没有特殊要求，能够保证纤维集合体在加热固化过程中形状保持不变即可。

在本发明中，对所述纤维集合体加热固化的温度优选为80～180℃，更优选为100～160℃，最优选为120～140℃；所述加热固化的时间优选为1～5小时，具体的可以为1小时、2小时、3小时、4小时或5小时。

得到所述复合材料芯层后，用胶黏剂在所述复合材料芯层与纤维轴线交叉的方向的两个相对端面上分别粘结面层，加热固化后得到高导热碳纤维复合材料。在粘结所述面层之前，本发明优选的对所述复合材料芯层的两个相对端面进行光滑处理。本发明对所述光滑处理的程度没有特殊要求，可以根据实际应用要求进行设定。本发明对所述光滑处理的具体方式没有特殊要求，可以为砂纸打磨和/或抛光机抛光。在本发明中，所述光滑处理后相对端面的表面平整度优选优于0.01mm。

在本发明中，所述面层优选为石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、碳纤维织物和步骤(2)所述碳纤维单向预浸料中的一种或几种。在本发明中，所述碳纤维单向预浸料为上述技术方案步骤(2)中的碳纤维单向预浸料，在此不再进行赘述。在本发明中，所述面层的厚度优选为0.1～0.4mm，更优选为0.2～0.3mm，最优选为0.25～0.28mm。

在本发明中，所述粘结面层的胶黏剂中树脂和固化剂的种类与上述技术方案所述树脂和固化剂相同，在此不再进行赘述。在本发明中，所述胶黏剂中树脂和固化剂的质量比优选为100:(60～90)，更优选为100:(70～85)，最优选为100:(75～80)。

本发明对所述加热固化得到高导热碳纤维复合材料的具体方式没有特殊要求。在本发明中，所述加热固化优选在平板模具中进行，更优选的将所述粘结了面层的芯层置于真空袋中进行加热固化。

在本发明中，所述步骤(4)中，加热固化的温度优选为80～180℃，更优选为100～160℃，最优选为120～140℃；所述加热固化的时间优选为1～5小时，具体的可以为1小时、2小时、3小时、4小时或5小时。

本发明还提供了一种上述技术方案所述制备方法得到的高导热碳纤维复合材料，包括芯层和粘结在所述芯层与纤维轴线交叉的方向的两相对端面的面层，所述芯层包含由胶液粘结的规则排列的单向碳纤维，芯层中碳纤维的体积分数为50～65％；所述芯层的厚度为1～10mm；所述面层的厚度为0.1～0.4mm。

在本发明中，所述芯层中碳纤维的体积分数为50～65％，优选为52～63％，更优选为55～60％；所述芯层的厚度为1～10mm，优选为2～8mm，更优选为4～6mm；所述面层的厚度为0.1～0.4mm，具体的可以为0.1mm、0.2mm、0.3mm或0.4mm。

本发明提供的高导热碳纤维复合材料的结构示意图如图4所示，其中上下表面为面层，中间结构为由胶液粘结的规则排列的单向碳纤维。在本发明中，所述高导热碳纤维复合材料的导热系数优选为10～80W/m·K，更优选为20～60W/m·K，最优选为30～50W/m·K。

本发明还提供了一种上述技术方案所述高导热碳纤维复合材料在电子元器件屏蔽盒中的应用。本发明提供的高导热碳纤维复合材料具有优异的导热性能，能够满足电子元器件和逻辑电路即时散热的性能要求。

下面结合实施例对本发明提供的高导热碳纤维复合材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

第一步：制作单向碳纤维层板

取E51树脂300g，DDS固化剂252g，以及适量丙酮配置密度为0.86g/cm³的胶液，选用M55JB碳纤维，利用湿法排布的方法制备碳纤维单向预浸料，在室温环境放置6小时使溶剂蒸发干净。

将晾干的预浸料切成100mm×100mm大小，手工铺叠20层的预浸料铺层(每层碳纤维的方向均保持一致)。

在平板模具上涂覆脱模剂后依次铺放上述20层的预浸料铺层、脱模布和透气毡，预浸料铺层边缘铺放密封胶条进行限位，采用真空袋封装。

将预浸料铺层放置于热压罐上，在烘箱中设置120℃(3h)工艺制度固化，得到碳纤维单向层板，厚度为4mm。

本实施例得到的碳纤维单向层板如图5所示，由图5可知本实施例得到的碳纤维单向层板材质均匀、细腻。

第二步：制作复合材料芯层

沿垂直于岩纤维轴线的方向将碳纤维单向层板切割成高4mm的纤维条，共切取纤维条25条。本实施例得到的纤维条如图6所示。

再取E51树脂100g，DDS固化剂84g混合均匀，作为胶黏剂将纤维条粘接为纤维集合体。

对粘接样条侧向加压，放置于烘箱中，在80℃下固化3h，得到100mm×100mm的复合材料芯层。

修理复合材料芯层毛边，对芯层上、下表面进行磨抛至目标厚度3mm。

本实施例得到的复合材料芯层如图7所示，由图7可知本实施例得到的复合材料芯层材质均匀、细腻。

第三步：贴覆面层并最终固化

将上述制得的纤维集合体上下表面(即垂直于纤维轴线的两个表面)均用砂纸打磨，采用60目至3000目砂纸依次进行打磨，直至试样上下表面均平整且光滑为止。再用抛光机对试样进行进一步打磨，使用2.5w抛光膏和抛光布，抛光时双面反复交替进行，直至试样表面表面平整度优于0.01mm。

将上一步骤中配置好的胶黏剂，在复合材料芯层上下表面均匀铺覆石墨烯薄膜面层，得到高导热碳纤维复合材料粗品。

将复合材料粗品、脱模布、透气毡依次铺放于平板模具上，采用真空袋封装，抽真空并放置于烘箱中，烘箱设置120℃(3h)工艺制度固化。固化结束后脱模，修理板子毛边，获得高导热纤维增强复合材料板，根据所需尺寸进行裁剪。

将此方法制得的环氧树脂-M55JB碳纤维-石墨烯面层高导热复合材料制件用激光闪射法测定其导热系数，测得结果复合材料导热系数为70.98W/m·K，导热系数较高，属于高导热材料。

实施例2

第一步：制作单向碳纤维层板

取高性能环氧树脂AG80树脂300g，DDS固化剂180g，以及适量丙酮配置密度为1.05g/cm³的胶液。选用M40J碳纤维，利用湿法排布的方法制备碳纤维单向预浸料，在室温环境放置8小时使溶剂蒸发干净。

将晾干的预浸料切成150mm×150mm大小，手工铺叠30层的预浸料铺层(每层碳纤维的方向均保持一致)。

在平板模具上涂覆脱模剂后依次铺放上述30层的预浸料铺层、脱模布和透气毡，预浸料铺层边缘铺放密封胶条进行限位，采用真空袋封装。

将预浸料铺层放置于热压罐或者压机上，在烘箱中设置130℃/2h+150℃/1h+180℃/2h工艺制度固化，得到碳纤维单向层板，厚度为6mm。

第二步：制作复合材料芯层

将碳纤维单向层板沿与纤维方向成60°切割成高6mm的纤维条，其中芯层高度方向与纤维方向一致，共切取纤维条25条。再取AG80树脂100g，DDS固化剂60g混合均匀，作为胶黏剂将纤维条粘接为纤维集合体。对粘接样条侧向加压，放置于烘箱中按第一步中固化制度进行固化，得到150mm×150mm复合材料芯层。修理复合材料芯层毛边，对芯层上、下表面进行磨抛至目标厚度5.5mm。

第三步：AG80/M40J超薄预浸料的制备

将纱筒固定在纱架上，引出纱束，经过篦子、展平辊、预热平台、冷却板到牵引装置。将脱模纸装于开卷机架上，将纸依次穿过各导向辊、加热平台、刮刀板、涂布头、牵引装置，设置参数纤维根数50，速率2m/min，制备AG80/M40J超薄预浸料。

第四步：贴覆面层并最终固化

将上一步骤中配置好的环氧树脂胶液作为胶黏剂，在复合材料芯层上下表面均匀铺覆AG80/M40J超薄预浸料，得到高导热碳纤维复合材料粗品。

将复合材料粗品、脱模布、透气毡依次铺放于平板模具上，采用真空袋封装，抽真空并放置于烘箱中，烘箱设置130℃/2h+150℃/1h+180℃/2h工艺制度固化。固化结束后脱模，修理板子毛边，获得高导热纤维增强复合材料板，根据所需尺寸进行裁剪。

将此方法制得的环氧树脂-M40J碳纤维-超薄预浸料面层高导热复合材料制件用激光闪射法测定其导热系数，测得结果复合材料导热系数为18.51W/m·K，导热系数较高，属于高导热材料。

实施例3

第一步：制作单向碳纤维层板

取环氧树脂E51树脂300g，DDS固化剂252g，以及适量丙酮配置密度为0.96g/cm³的胶液。选用M40J碳纤维，利用湿法排布的方法制备碳纤维单向预浸料，在室温环境放置7小时使溶剂蒸发干净。

将晾干的预浸料切成50mm×50mm大小，手工铺叠10层的预浸料铺层(每层碳纤维的方向均保持一致)，留取4张50mm×50mm大小预浸料待用。

在平板模具上涂覆脱模剂后依次铺放上述10层的预浸料铺层、脱模布和透气毡，预浸料铺层边缘铺放密封胶条进行限位，采用真空袋封装。将预浸料铺层放置于热压罐上，在烘箱中设置80℃(3h)工艺制度固化，得到碳纤维单向层板，厚度为2mm。

第二步：制作复合材料芯层

将碳纤维单向层板沿与纤维方向成60°切割成高4.5mm的纤维条，其中芯层高度方向与纤维方向一致，共切取纤维条25条。再取E51树脂100g，DDS固化剂84g混合均匀，作为胶黏剂将纤维条粘接为纤维集合体。对粘接样条侧向加压，放置于烘箱中按第一步中固化制度进行固化，得到50mm×50mm复合材料芯层。修理复合材料芯层毛边，对芯层上、下表面进行磨抛至目标厚度4mm。

第三步：贴覆面层并最终固化

将上述制得的纤维集合体上下表面(即垂直于纤维轴线的两个表面)均用砂纸打磨，采用60目至3000目砂纸依次进行打磨，直至试样上下表面均平整且光滑为止。再用抛光机对试样进行进一步打磨，使用2.5w抛光膏和抛光布，抛光时双面反复交替进行，直至试样表面表面平整度优于0.01mm。将上一步骤中配置好的环氧树脂胶液作为胶黏剂，在复合材料芯层上下表面均匀正交铺覆两层第一步骤中制得的E51/M40J预浸料，

将复合材料粗品、脱模布、透气毡依次铺放于平板模具上，采用真空袋封装，抽真空并放置于烘箱中，烘箱设置80℃(3h)工艺制度固化。固化结束后脱模，修理板子毛边，获得高导热纤维增强复合材料板，根据所需尺寸进行裁剪。

将此方法制得的环氧树脂-M40J碳纤维-正交预浸料面层高导热复合材料制件用激光闪射法测定其导热系数，测得结果复合材料导热系数为10.55W/m·K，导热系数较高，属于高导热材料。

本发明得到的高导热碳纤维复合材料的SEM图分别如图8和图9所示，其中图8为200μm放大图，图9为100μm放大图。由图8和图9可知，本实施例得到的高导热碳纤维复合材料中的碳纤维排列规则，无杂乱。

实施例4

第一步：制作单向碳纤维层板

取环氧树脂E51树脂300g，DDS固化剂252g，以及适量丙酮配置密度为1.00g/cm³的胶液，选用沥青基碳纤维YS-90A，利用湿法排布的方法制备碳纤维单向预浸料，在室温环境放置8小时。

将晾干的预浸料切成100mm×100mm大小，手工铺叠25层的预浸料铺层(每层碳纤维的方向均保持一致)。

在平板模具上涂覆脱模剂后依次铺放上述25层的预浸料铺层、脱模布和透气毡，预浸料铺层边缘铺放密封胶条进行限位，采用真空袋封装。

将预浸料铺层放置于热压罐上，在烘箱中设置120℃(3h)工艺制度固化，得到碳纤维单向层板，厚度为5mm。

第二步：制作复合材料芯层

沿垂直于岩纤维轴线的方向将碳纤维单向层板切割成高3.5mm的纤维条，其中芯层高度方向与纤维方向一致，共切取纤维条20条。

再取E51树脂100g，DDS固化剂84g混合均匀，作为胶黏剂将条状层板条粘接为纤维集合体。对粘接样条侧向加压，放置于烘箱中按第一步中固化制度进行固化，得到100mm×100mm复合材料芯层。修理复合材料芯层毛边，对芯层上、下表面进行磨抛至目标厚度3mm。

第三步：贴覆面层并最终固化

将上一步骤中配置好的环氧树脂胶液作为胶黏剂，在纤维芯层上下表面均匀铺覆碳纤维M40J单向织物面层，厚度0.25mm。

将此方法制得的环氧树脂-YS90A沥青基碳纤维-织物面层高导热复合材料制件用激光闪射法测定其导热系数，测得结果复合材料导热系数高达80W/m·K，导热系数较高，属于高导热材料。

由以上实施例可知，本发明提供了一种高导热碳纤维复合材料，将树脂、固化剂和有机溶剂混合，得到胶液；所述树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或几种；将碳纤维浸渍于所述胶液中制备得到碳纤维单向预浸料；将所述碳纤维单向预浸料层叠后进行加热固化，得到碳纤维单向层板；将所述碳纤维单向层板分割成纤维条，用胶黏剂对纤维条顺次进行粘结，得到若干纤维条粘结成的纤维集合体；对所述纤维集合体进行加热固化，得到复合材料芯层；用胶黏剂在所述复合材料芯层的两个相对端面上分别粘结面层，加热固化后得到高导热碳纤维复合材料。本发明提供的高导热碳纤维复合材料利用碳纤维优异的轴向导热性能，重点改善了复合材料厚度方向上导热系数低的问题，增强了复合材料三维方向上的导热性。本发明通过面层和芯层的夹心结构的设置，通过层间界面改性引入高导热层，进而提高了层间导热性。根据实施例的实验结果可知，本发明提供的高导热碳纤维复合材料的导热系数为10～80W/m·K，远远高于现有技术中的0.7～1.0W/m·K。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高导热碳纤维复合材料的制备方法，包含以下步骤：

所述碳纤维为聚丙烯腈高强型碳纤维、聚丙烯腈高模型碳纤维和中间相沥青基碳纤维中的一种或几种；

所述碳纤维的规格为1～24k；

碳纤维单向预浸料每层中相邻两根纤维之间的距离为0.2～1.5mm；

(4)用胶黏剂在所述复合材料芯层与纤维轴线交叉的方向的两个相对端面上分别粘结面层，加热固化后得到高导热碳纤维复合材料；

面层为石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、碳纤维织物和步骤(2)所述碳纤维单向预浸料中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，树脂和固化剂的质量比为300∶(180～260)。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中胶液的密度为0.85～1.05g/cm³。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，层叠的层数为10～50层。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)～(4)中，加热固化的温度独立为80～180℃，加热固化的时间独立为1～5小时。

6.权利要求1～5任意一项所述制备方法得到的高导热碳纤维复合材料，包括芯层和粘结在所述芯层与纤维轴线交叉的方向的两相对端面的面层，所述芯层包含由胶液粘结的规则排列的单向碳纤维，芯层中碳纤维的体积分数为50～65％；

所述芯层的厚度为1～10mm；

所述面层的厚度为0.1～0.4mm。

7.权利要求6所述高导热碳纤维复合材料在电子元器件屏蔽盒的应用。