一种碳纤维异形体的制备方法与流程

本发明属于碳纤维网胎，具体涉及一种碳纤维异形体的制备方法。

背景技术：

1、碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性，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。碳纤维的强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又与铜具有相似的导电性，是一种具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。进入21世纪以来，随着相关技术的不断发展，碳纤维及其复合材料成为了各国科学家研究的热点。可应用于材料轻量化领域、航空航天材料、传感技术、风电叶片、导电导热、基建建设领域以及其他耐腐蚀、耐高温的防护领域、能源领域。

2、目前，现有的碳纤维网胎成型异性体的成网生产工艺有两大类，即梳理成网法和气流成网法。其中梳理成网网胎是朝着同一方向梳理，梳松后的短纤朝同一方向分布铺层，针刺后的网胎内纤维取向度高，会导致网胎及其制品在纤维铺设的一个方向导热系数高，传热快，而沿其他方向的强度较低，用此网胎制成的隔热毡产品各向性能差异较大，使用寿命较短。而气流成网网胎是采用气流吹喷的方式，将较大纤维束分散成细小纤维网，经过针刺制成网胎，该网胎沿各个方向性能相同，但整体强度较低，使用寿命也较短。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳纤维异形体的制备方法，本发明提供的制备方法可以制备出强度大、质量轻、密度高且使用寿命长的碳纤维异形体，且制备方法简单、效率高、成本低。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种碳纤维异形体的制备方法，包括以下步骤：

4、将短切碳纤维丝、水和分散剂混合，得到混合浆料；

5、将所述混合浆料倒入模具中进行第一抽真空处理，在模具中得到第一抽滤产物；

6、将有机树脂和醇溶剂混合，得到树脂稀释液；

7、将所述树脂稀释液施加于位于模具中的第一抽滤产物，进行第二抽真空处理，脱模后得到第二抽滤产物；

8、将所述第二抽滤产物进行热固化，得到固化产物；

9、将所述固化产物进行第一碳化，得到碳化产物；

10、采用化学气相沉积的方法对所述碳化产物进行碳沉积，得到c/c复合产物；

11、将所述c/c复合产物进行浸渍-碳化，得到增密产物；所述浸渍-碳化包括：采用沥青对所述所述c/c复合产物进行浸渍，得到的浸渍产物进行第二碳化；

12、将所述增密产物进行石墨化处理，得到所述碳纤维异形体。

13、优选的，所述短切碳纤维丝包括短切聚丙烯腈基碳纤维丝和/或短切沥青基碳纤维丝；

14、所述短切碳纤维丝的长度为0～3mm，且不为0。

15、优选的，所述分散剂为聚丙烯酰胺；所述短切碳纤维丝和聚丙烯酰胺的质量比为(0～20)：(0～500)，且均不为0。

16、优选的，所述有机树脂为酚醛树脂，所述醇溶剂为乙醇；所述有机树脂和所述醇溶剂的质量比为(6～8)：(4～6)。

17、优选的，所述热固化的温度为100℃～150℃，保温时间为0～5h，且不为0。

18、优选的，所述第一碳化的温度为950℃～1100℃，保温时间为20～90h。

19、优选的，所述碳沉积的温度为1000～1200℃，保温时间为150～200h。

20、优选的，所述浸渍-碳化重复多次进行，所述浸渍的温度为120℃～250℃，保温时间为10～15h；所述第二碳化的温度为950℃～1100℃，保温时间为20～90h。

21、优选的，所述石墨化处理的温度为1800℃～2300℃，保温时间为40～50h。

22、优选的，所述短切碳纤维丝和水的质量比为(0～20)：(0～1000)，且均不为0。

23、本发明提供了一种碳纤维异形体的制备方法，包括以下步骤：将短切碳纤维丝、水和分散剂混合，得到混合浆料；将所述混合浆料倒入模具中进行第一抽真空处理，在模具中得到第一抽滤产物；将有机树脂和醇溶剂混合，得到树脂稀释液；将所述树脂稀释液施加于位于模具中的第一抽滤产物，进行第二抽真空处理，脱模后得到第二抽滤产物；将所述第二抽滤产物进行热固化，得到固化产物；将所述固化产物进行第一碳化，得到碳化产物；采用化学气相沉积的方法对所述碳化产物进行碳沉积，得到c/c复合产物；将所述c/c复合产物进行浸渍-碳化，得到增密产物；所述浸渍-碳化包括：采用沥青对所述所述c/c复合产物进行浸渍，得到的浸渍产物进行第二碳化；将所述增密产物进行石墨化处理，得到所述碳纤维异形体。本发明采用真空抽滤的方式对短切碳纤维丝进行成型，不会因损伤碳纤维而降低纤维强度。同时采用真空抽滤的方式将树脂浸渍到短切碳纤维丝中，能够使树脂充分与短切碳纤维丝接触，通过后续的热固化处理、碳化处理、沉积处理、浸渍-碳化处理以及石墨化处理，所得碳纤维异形体具有强度大、质量轻、密度高、使用寿命长的特点；同时本发明采用真空抽滤，制备方法简单易行、效率高、成本低，适宜推广使用。

技术特征：

1.一种碳纤维异形体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述短切碳纤维丝包括短切聚丙烯腈基碳纤维丝和/或短切沥青基碳纤维丝；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酰胺；所述短切碳纤维丝和聚丙烯酰胺的质量比为(0～20)：(0～500)，且均不为0。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机树脂为酚醛树脂，所述醇溶剂为乙醇；所述有机树脂和所述醇溶剂的质量比为(6～8)：(4～6)。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述热固化的温度为100℃～150℃，保温时间为0～5h，且不为0。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一碳化的温度为950℃～1100℃，保温时间为20～90h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳沉积的温度为1000～1200℃，保温时间为150～200h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍-碳化重复多次进行，所述浸渍的温度为120℃～250℃，保温时间为10～15h；所述第二碳化的温度为950℃～1100℃，保温时间为20～90h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨化处理的温度为1800℃～2300℃，保温时间为40～50h。

10.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述短切碳纤维丝和水的质量比为(0～20)：(0～1000)，且均不为0。

技术总结本发明属于碳纤维网胎技术领域，具体涉及一种碳纤维异形体的制备方法。本发明将短切碳纤维丝、水和分散剂混合，得到的混合浆料倒入模具中进行第一抽真空处理，将所述树脂稀释液施加于位于模具中的抽滤产物，进行第二抽真空处理，脱模后得到的第二抽滤产物依次进行热固化，第一碳化，碳沉积，浸渍‑碳化和石墨化处理，得到所述碳纤维异形体。本发明采用真空抽滤的方式所得碳纤维异形体具有强度大、质量轻、密度高、使用寿命长的特点；同时本发明采用真空抽滤，制备方法简单易行、效率高、成本低，适宜推广使用。技术研发人员：蓝美璇,赵强,池泽敏,桂智鑫,廖腾龙受保护的技术使用者：上海康碳复合材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2