一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)及方法，屬于功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，發(fā)展功能性材料已成為必然趨勢(shì)，其中對(duì)導(dǎo)熱性能提出了越來(lái)越高的要求。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，以其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。通過(guò)提高碳纖維復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，將有效的推動(dòng)結(jié)構(gòu)-功能一體化材料在我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，為我國(guó)材料事業(yè)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。但碳纖維的導(dǎo)熱性能具有方向性，垂直纖維方向?qū)嵝阅茌^低，約1W/(m.K)，造成碳纖維復(fù)合材料厚度方向?qū)嵝阅懿患?，因此一種可以提高其厚度方向?qū)嵝阅艿姆椒ㄘ酱l(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)及方法。主要針對(duì)碳纖維復(fù)合材料厚度方向?qū)щ娦阅懿畹膯?wèn)題，采用碳纖維桿來(lái)提高其導(dǎo)熱性能。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是:
[0005]—種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的厚度方向植入高導(dǎo)熱碳纖維桿，以提高復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能。
[0006]—種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的厚度方向植入金屬材料制成的金屬桿，以提高復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能。所述金屬材料包括鋁、鋼、鈦。
[0007]所述厚度方向是指同時(shí)垂直于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的橫向纖維方向與縱向纖維方向。
[0008]本發(fā)明還提供一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，過(guò)程如下:
[0009]步驟一:以連續(xù)的3K導(dǎo)熱碳纖維(3K是指碳纖維絲束)和環(huán)氧樹脂(樹脂型號(hào)為FW125)為原料，加入固化劑，通過(guò)拉擠設(shè)備固化制備高導(dǎo)熱碳纖維桿；
[0010]步驟二:在樹脂中加入導(dǎo)熱填料納米石墨烯，制備碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料預(yù)浸料，并進(jìn)行裁剪；
[0011]步驟三:在專用模具上，按照設(shè)計(jì)的鋪層順序[0° /90° ]1(:s(表示先連續(xù)鋪10組0° /90°，再對(duì)稱鋪10組90° /0°，S表示對(duì)稱，10表示10組)鋪覆碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板；
[0012]步驟四:采用自動(dòng)植入設(shè)備將高導(dǎo)碳纖維桿植入到泡沫中；
[0013]步驟五:將泡沫中的高導(dǎo)熱碳纖維桿采用熱壓或超聲垂直植入步驟三中得到的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板中；
[0014]步驟六:在熱壓罐中使碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)固化。
[0015]進(jìn)一步，步驟一中所述環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比為1:1.44;固化溫度設(shè)定為180°c ;制備得到的高導(dǎo)熱碳纖維桿截面為圓形、直徑為0.5mm。
[0016]進(jìn)一步，步驟二中所述的樹脂材料包括:環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂；納米石墨稀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為樹脂總量的6% ;裁剪尺寸為200mmX200mm。
[0017]進(jìn)一步，步驟五中植入碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板中的高導(dǎo)碳纖維桿間距為5_ X 5mm、深度為9mm。
[0018]進(jìn)一步，步驟六中所述固化參數(shù)為180°C、2h。
[0019]本發(fā)明提供的一種提高碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其增強(qiáng)原理如下:由于碳纖維導(dǎo)熱性能具有方向性，其軸向?qū)崧时葟较驅(qū)崧矢叩枚?，因此碳纖維增強(qiáng)樹脂基層合板在厚度方向?qū)崧手饕蓸渲瑳Q定，導(dǎo)熱率很低，而高導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料由于在厚度方向植入高導(dǎo)熱碳纖維桿，碳纖維桿軸向與復(fù)合材料厚度方向一致，很大程度上提高了層合板厚度方向的導(dǎo)熱性。
[0020]本發(fā)明提供的一種提高碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其特點(diǎn)在于可通過(guò)設(shè)計(jì)高導(dǎo)熱碳纖維桿的截面尺寸、間距、數(shù)量等參數(shù)，得到預(yù)期的導(dǎo)熱率，即導(dǎo)熱率具有可設(shè)計(jì)性。
[0021]本發(fā)明提供的一種提高碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其特點(diǎn)在于復(fù)合材料樹脂基體中含有納米石墨烯導(dǎo)熱填料，以提高復(fù)合材料本身的導(dǎo)熱性能。
[0022]本發(fā)明提供的一種提高碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其特點(diǎn)在于也可采用高導(dǎo)熱碳纖維線代替所述的碳纖維桿，將高導(dǎo)熱碳纖維線采用縫合方式，沿著復(fù)合材料厚度方向縫入，以提高復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為未采用碳纖維桿增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料截面示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明碳纖維桿增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料橫截面示意圖。
[0025]圖中標(biāo)號(hào)名稱:1、橫向纖維，2、樹脂，3、縱向纖維，4、碳纖維桿。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合圖1、2對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]如圖1所示，為未采用碳纖維桿增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料截面示意圖。
[0029]如圖2所示，一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料2的厚度方向植入高導(dǎo)熱碳纖維桿4，以提高復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能。厚度方向是指同時(shí)垂直于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料2的橫向纖維I方向與縱向纖維3方向。
[0030]實(shí)施例2:
[0031]如圖2所示，一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料2的厚度方向植入金屬材料制成的金屬桿4，以提高復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能。所述金屬材料包括鋁、鋼、鈦。厚度方向是指同時(shí)垂直于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料2的橫向纖維I方向與縱向纖維3方向。
[0032]實(shí)施例3:
[0033]—種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，過(guò)程如下:
[0034]步驟一:以連續(xù)的3K導(dǎo)熱碳纖維和環(huán)氧樹脂(FW125)為原料，加入固化劑，通過(guò)拉擠設(shè)備(固化溫度設(shè)定為180°C )，制備截面為圓形、直徑為0.5mm的高導(dǎo)熱碳纖維桿4 ;
[0035]步驟二:在樹脂中加入導(dǎo)熱填料納米石墨烯(納米石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為樹脂總量的6% )，制備碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料預(yù)浸料，并裁剪成一定數(shù)量200mmX 200mm尺寸；
[0036]步驟三:在專用模具上，按照設(shè)計(jì)的鋪層順序[0° /90° ]1(:s鋪覆碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板；
[0037]步驟四:設(shè)計(jì)碳纖維桿間距為5mmX5mm、深度為9mm，采用自動(dòng)植入設(shè)備將碳纖維桿4植入到泡沫中(5mm)；
[0038]步驟五:將泡沫上的導(dǎo)熱碳纖維桿采用熱壓或超聲垂直植入步驟三種得到的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板中；
[0039]步驟六:在熱壓罐中使碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)固化，固化參數(shù)為180°C、2h，最終測(cè)得層合板厚度方向?qū)嵝阅芴岣邽樵瓉?lái)的125.52%。
[0040]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，其特征在于:在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(2)的厚度方向植入高導(dǎo)熱碳纖維桿(4)，以提高復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能。2.一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，其特征在于:在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(2)的厚度方向植入金屬材料制成的金屬桿(4)，以提高復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，其特征是，所述金屬材料包括招、鋼、欽。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，其特征在于:厚度方向是指同時(shí)垂直于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(2)的橫向纖維(I)方向與縱向纖維⑶方向。5.一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其特征在于過(guò)程如下: 步驟一:以連續(xù)的3K導(dǎo)熱碳纖維和環(huán)氧樹脂為原料，加入固化劑，通過(guò)拉擠設(shè)備固化制備高導(dǎo)熱碳纖維桿； 步驟二:在樹脂中加入導(dǎo)熱填料納米石墨烯，制備碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料預(yù)浸料，并進(jìn)行裁剪； 步驟三:在專用模具上，按照設(shè)計(jì)的鋪層順序[0° /90° ]1(:s鋪覆碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板； 步驟四:采用自動(dòng)植入設(shè)備將高導(dǎo)碳纖維桿植入到泡沫中； 步驟五:將泡沫中的高導(dǎo)熱碳纖維桿采用熱壓或超聲垂直植入步驟三中得到的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板中； 步驟六:在熱壓罐中使碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)固化。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其特征是，步驟一中所述環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比為1:1.44 ;固化溫度設(shè)定為180°C ;制備得到的高導(dǎo)熱碳纖維桿截面為圓形、直徑為0.5_。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其特征是，步驟二中所述的樹脂材料包括:環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂；納米石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為樹脂總量的6% ;裁剪尺寸為200mmX200mm。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其特征是，步驟五中植入碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板中的高導(dǎo)碳纖維桿間距為5mmX5mm、深度為 9mm。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法，其特征是，步驟六中所述固化參數(shù)為180°C、2h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)及方法。屬于功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。一種碳纖維桿增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的結(jié)構(gòu)，其特征在于：在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的厚度方向植入高導(dǎo)熱碳纖維桿，以提高復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能。所述的高導(dǎo)熱碳纖維桿由高導(dǎo)熱纖維及樹脂組成。本發(fā)明可以顯著提高碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料厚度方向的導(dǎo)熱性能，彌補(bǔ)了其厚度方向?qū)嵝阅懿畹娜秉c(diǎn)。同時(shí)本發(fā)明可以通過(guò)設(shè)計(jì)碳纖維桿的間距、截面尺寸、數(shù)量等參數(shù)，得到復(fù)合材料厚度方向不同的導(dǎo)熱率，而且所用碳纖維桿輕質(zhì)高強(qiáng)，制造成本低，滿足航空航天事業(yè)對(duì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料的要求。
【IPC分類】B29C70/88
【公開號(hào)】CN105128366
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510664991
【發(fā)明人】還大軍, 李勇, 陳曉東, 李吻, 肖軍, 張向陽(yáng)
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年10月15日