一种碳碳板材及其制备方法与流程

本发明属于碳材料领域，尤其涉及一种碳碳板材及其制备方法。

背景技术：

1、碳碳板材是一种试用于高温场景的新型材料，在有惰性气体保护的情况下，其最高使用温度在2000℃以上。

2、碳碳板材的主要制备过程包括：预制体成型、浸胶、热压固化、碳化、致密化和高温纯化等。其中，预制体主要由碳纤维短切丝网胎和无纬布交替层叠后针刺制成；浸胶所采用的胶液一般为酚醛树脂。

3、上述制备工艺普遍存在着致密化效率低的问题，且制得的碳碳板材力学性能较为一般，易开裂分层，亟待进一步解决。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳碳板材及其制备方法，本发明提供的碳碳板材具有良好的力学性能、不易分层，且制备效率高、耗时短。

2、本发明提供了一种碳碳板材，由若干层碳纤维短切丝网胎和若干层碳布交叉层叠针刺成预制体后，再经过浸胶、热压固化、碳化、致密化和加热纯化后制成；所述预制体中的碳布总层数大于碳纤维短切丝网胎总层数；所述浸胶的胶液成分包括酚醛树脂、环氧树脂、聚甲基硅氧烷和偶联剂。

3、优选的，所述碳纤维短切丝网胎中的短切丝长度为30~100mm。

4、优选的，所述碳纤维短切丝网胎的单层厚度为0.5~1mm。

5、优选的，所述碳布的单层厚度为0.36~0.5mm。

6、优选的，所述预制体中相邻两层碳纤维短切丝网胎之间层叠有3~6层碳布。

7、优选的，所述预制体的顶层和底层均为碳纤维短切丝网胎。

8、优选的，所述环氧树脂的型号为e51；所述偶联剂的型号为kh550。

9、优选的，所述浸胶的胶液成分包括80~90wt%的酚醛树脂、3~7wt%的环氧树脂、3~7wt%的聚甲基硅氧烷和3~7wt%的偶联剂。

10、本发明提供了一种上述技术方案所述的碳碳板材的制备方法，包括以下步骤：

11、将若干层碳纤维短切丝网胎和若干层碳布交叉层叠，进行针刺，得到预制体；

12、将所述预制体进行浸胶、热压固化、碳化、致密化和加热纯化，得到碳碳板材。

13、优选的，所述碳化的温度为700~900℃；所述加热纯化的温度为2000~2500℃。

14、与现有技术相比，本发明提供了一种碳碳板材及其制备方法。本发明提供的碳碳板材由若干层碳纤维短切丝网胎和若干层碳布交叉层叠针刺成预制体后，再经过浸胶、热压固化、碳化、致密化和加热纯化后制成；所述预制体中的碳布总层数大于碳纤维短切丝网胎总层数；所述浸胶的胶液成分包括酚醛树脂、环氧树脂、聚甲基硅氧烷和偶联剂。本发明以碳布替换无纬布，并减少了网胎的用料占比，能够显著提高预制体的克重，从而提升后续各工序处理后的产品密度，进而减少致密化处理的次数和时间；而且，网胎的占比减少还能降低预制体的封孔率，从而使后续进行浸胶和致密化处理时胶液和碳前驱体（如甲烷气体）更易进入到预制体内部，提升材料的浸胶和致密性处理效率，缩短制备周期。在此基础上，本发明进一步利用环氧树脂、聚甲基硅氧烷和偶联剂对酚醛树脂胶液进行混合改性，能够增加胶液对碳丝的附着力，并缩短胶液的凝胶时间，在进一步提升板材生产效率的同时，还改善了最终制得的板材产品的力学性能和抗开裂性能。

技术特征：

1.一种碳碳板材，其特征在于，由若干层碳纤维短切丝网胎和若干层碳布交叉层叠针刺成预制体后，再经过浸胶、热压固化、碳化、致密化和加热纯化后制成；所述预制体中的碳布总层数大于碳纤维短切丝网胎总层数；所述浸胶的胶液成分包括酚醛树脂、环氧树脂、聚甲基硅氧烷和偶联剂。

2.根据权利要求1所述的碳碳板材，其特征在于，所述碳纤维短切丝网胎中的短切丝长度为30~100mm。

3.根据权利要求1所述的碳碳板材，其特征在于，所述碳纤维短切丝网胎的单层厚度为0.5~1mm。

4.根据权利要求1所述的碳碳板材，其特征在于，所述碳布的单层厚度为0.36~0.5mm。

5.根据权利要求1所述的碳碳板材，其特征在于，所述预制体中相邻两层碳纤维短切丝网胎之间层叠有3~6层碳布。

6.根据权利要求1所述的碳碳板材，其特征在于，所述预制体的顶层和底层均为碳纤维短切丝网胎。

7.根据权利要求1所述的碳碳板材，其特征在于，所述环氧树脂的型号为e51；所述偶联剂的型号为kh550。

8.根据权利要求1所述的碳碳板材，其特征在于，所述浸胶的胶液成分包括80~90wt%的酚醛树脂、3~7wt%的环氧树脂、3~7wt%的聚甲基硅氧烷和3~7wt%的偶联剂。

9.一种权利要求1~8任一项所述的碳碳板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为700~900℃；所述加热纯化的温度为2000~2500℃。

技术总结
本发明属于碳材料领域，尤其涉及一种碳碳板材及其制备方法。本发明提供的碳碳板材由若干层碳纤维短切丝网胎和若干层碳布交叉层叠针刺成预制体后，再经过浸胶、热压固化、碳化、致密化和加热纯化后制成；所述预制体中的碳布总层数大于碳纤维短切丝网胎总层数；所述浸胶的胶液成分包括酚醛树脂、环氧树脂、聚甲基硅氧烷和偶联剂。本发明提供的碳碳板材具有良好的力学性能、不易分层，且制备效率高、耗时短。

技术研发人员：乔晓东,朱海翔,王伟亮,刘正文,黄水霞
受保护的技术使用者：浙江星辉新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4