本发明涉及一种特殊碳纤维预浸料的制备方法，具体涉及一种高导热碳纤维预浸料及其制备方法。
背景技术：
目前，制备高导热碳纤维预浸料的方法主要采用热熔法，即首先制备树脂膜，再通过排纱、浸胶、热压、冷却、覆膜、收卷等工艺过程制备预浸料，该方法已在pan基高强碳纤维预浸料的制备中占据主要地位。然而，高导热碳纤维预浸料制备过程不同于普通碳纤维，其一，由于高导热碳纤维的固有高模量特性，纤维在排纱过程中的工艺性较差，断丝率高，制备效率低下，无法获得较好性能的预浸料，直接影响了复合材料的各项力学、热学性能。其二，高导热碳纤维石墨化程度高，通过表面处理改善纤维表面物理化学状态较为困难，致使纤维表面惰性强，与树脂的结合较差，得到的复合材料层间性能薄弱，无法较好地满足使用需求。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明采取了如下技术方案：
一种高导热碳纤维预浸料，包括纳米纤维膜、高导热碳纤维束a和高导热碳纤维束b，所述高导热碳纤维束a与所述高导热碳纤维束b交替间隔布置；所述纳米纤维膜依次交替穿插于所述高导热碳纤维束a与所述高导热碳纤维束b之间；所述高导热碳纤维束a与所述高导热碳纤维束b远离所述纳米纤维膜的一侧均含浸有热熔树脂。
一种高导热碳纤维预浸料的制备方法，包括以下步骤：
s10、制备高导热碳纤维预浸料a：将高导热碳纤维束a间隙布置，树脂膜和纳米纤维膜铺设于所述高导热碳纤维束a两侧，采用热熔预浸机含浸线以所述树脂膜、所述纳米纤维膜含浸制备得到高导热碳纤维预浸料a；
s20、制备高导热碳纤维预浸料b：将高导热碳纤维束b对应所述高导热碳纤维束a之间的间隙布置，树脂膜铺设于所述高导热碳纤维束b的一侧，采用热熔预浸机含浸线以所述树脂膜含浸制备得到高导热碳纤维预浸料b；
s30、将所述高导热碳纤维预浸料a、所述高导热碳纤维预浸料b别置于预浸料放卷装置上，对应预浸料卷安放方向与收卷时的方向一致；其中，所述高导热碳纤维预浸料b对应所述高导热碳纤维预浸料a的预留间隙设置，通过热压、冷却、覆膜、收卷工序制得高导热碳纤维预浸料。
进一步地，所述高导热碳纤维预浸料的幅宽为100～1000mm，纤维面密度为50～250gsm，含胶量为20～40％。
进一步地，构成所述高导热碳纤维预浸料a的所述高导热碳纤维束a之间的间隙均布设置；构成所述高导热碳纤维预浸料b的所述高导热碳纤维束b对应所述高导热碳纤维束a之间的间隙均布设置。
进一步地，所述高导热碳纤维预浸料a与所述高导热碳纤维预浸料b可互相替换，任意一种上负载所述纳米纤维膜。
进一步地，组成所述高导热碳纤维束a的高导热碳纤维包括中间相沥青基碳纤维，纤维束规格为1k-3k、线密度为200～800g/km，轴向导热系数400w/m·k-1000w/m·k。
进一步地，所述纳米纤维膜为尼龙纳米纤维膜、聚醚酰亚胺纳米纤维膜、聚砜纳米纤维膜、聚醚砜纳米纤维膜或聚醚酮纳米纤维膜中的一种。
进一步地，所述纳米纤维膜的面密度为1～10gsm，厚度为5～30μm。
有益效果：
本发明提供的高导热碳纤维预浸料及其制备方法通过纤维纱束错位排列两次热压浸胶制备负载纳米纤维膜的碳纤维预浸料，一方面，减少了引纱过程中的断丝率，提高了预浸料的性能、制备效率和由该高导热碳纤维预浸料制备的高导热复合材料的面内性能；另一方面，通过引入纳米纤维膜且在预浸料内贯穿厚度方向排布提高了由该高导热碳纤维预浸料制备的高导热复合材料的层间剪切性能。此外，本发明高导热碳纤维预浸料的制备过程可控，选材范围广，可设计性强，适用于多类型高导热碳纤维树脂基复合材料的制备。
附图说明
图1为高导热碳纤维束a的纤维纱在分丝梳的排列位置示意图
图2为高导热碳纤维束b的纤维纱在分丝梳的排列位置示意图
图3为高导热碳纤维预浸料的结构示意图
图4为采用gb/t22588-2008测试复合材料的面内热导率和采用jc/t773-2010测试复合材料的层间剪切强度对比表
其中，1、高导热碳纤维束a；2、高导热碳纤维束b；3、分丝梳；4、纳米纤维膜；5、高导热碳纤维预浸料a；6、高导热碳纤维预浸料b。
具体实施方式
实施例1
一种高导热碳纤维预浸料的制备方法，包括以下步骤：
选取面密度为30gsm的环氧树脂膜、4.5gsm的尼龙纳米纤维膜分别放置于放卷机构上，将线密度250g/km、热导率为500w/m·k的1k高导热碳纤维60轴安装在纱架上，采用预浸机含浸制备含均布间隙的单向高导热碳纤维预浸料a；再次采用面密度为30gsm的环氧树脂膜和60轴同类型高导热碳纤维通过预浸机含浸制备含均布间隙的单向高导热碳纤维预浸料b；然后将高导热碳纤维预浸料a和高导热碳纤维预浸料b分别置于预浸料放卷装置上，预浸料卷安放方向与收卷时的方向一致，通过预浸机热压、冷却、覆膜、收卷工序制得幅宽300mm、纤维面密度为100gsm、含胶量为36.5±3％的高导热碳纤维预浸料。
实施例2
一种高导热碳纤维预浸料的制备方法，包括以下步骤：
选取面密度为25gsm的氰酸酯树脂膜、3gsm的聚砜纳米纤维膜分别放置于放卷机构上，将线密度500g/km、热导率为620w/m·k的2k高导热碳纤维75轴安装在纱架上，采用预浸机含浸制备含均布间隙的单向高导热碳纤维预浸料a；再次采用面密度为25gsm的环氧树脂膜和75轴同类型高导热碳纤维通过预浸机含浸制备含均布间隙的单向高导热碳纤维预浸料b；然后将高导热碳纤维预浸料a和高导热碳纤维预浸料b分别置于预浸料放卷装置上，预浸料卷安放方向与收卷时的方向一致，通过预浸机热压、冷却、覆膜、收卷工序制得幅宽500mm、纤维面密度为150gsm、含胶量为24.6±3％的高导热碳纤维预浸料。
对比实施例1
选取两卷面密度为30gsm的环氧树脂膜分别放置于预浸机放卷机构上，将线密度250g/km、热导率为500w/m·k的1k高导热碳纤维120轴安装在纱架上，预浸工艺采用双面树脂膜浸胶，通过预浸机热压、冷却、覆膜、收卷工序制得幅宽300mm、纤维面密度为100gsm、含胶量为37.5±3％的高导热碳纤维预浸料。
对比实施例2
选取两卷面密度为25gsm的氰酸酯树脂膜分别放置于预浸机放卷机构上，将线密度500g/km、热导率为620w/m·k的2k高导热碳纤维150轴安装在纱架上，预浸工艺采用双面树脂膜浸胶，通过预浸机热压、冷却、覆膜、收卷工序制得幅宽500mm、纤维面密度为150gsm、含胶量为25±3％的高导热碳纤维预浸料。
由实施例1、实施例2、对比实施例1和对比实施例2制得的预浸料制备单向高导热复合材料层合板，采用jc/t773-2010测试复合材料的层间剪切强度；采用gb/t22588-2008测试复合材料的面内热导率，测试结果如图4所示。
实施例3
一种高导热碳纤维预浸料(如图3)，包括纳米纤维膜4、高导热碳纤维束a1和高导热碳纤维束b2，高导热碳纤维束a1与高导热碳纤维束b2交替间隔布置；纳米纤维膜4依次交替穿插于高导热碳纤维束a1与高导热碳纤维束b2之间；高导热碳纤维束a1与高导热碳纤维束b2远离纳米纤维膜的一侧均含浸有热熔树脂。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围的。
1.一种高导热碳纤维预浸料，其特征在于，包括纳米纤维膜、高导热碳纤维束a和高导热碳纤维束b，所述高导热碳纤维束a与所述高导热碳纤维束b交替间隔布置；所述纳米纤维膜依次交替穿插于所述高导热碳纤维束a与所述高导热碳纤维束b之间；所述高导热碳纤维束a与所述高导热碳纤维束b远离所述纳米纤维膜的一侧均含浸有热熔树脂。
2.一种高导热碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s10、制备高导热碳纤维预浸料a：将高导热碳纤维束a间隙布置，树脂膜和纳米纤维膜铺设于所述高导热碳纤维束a两侧，采用热熔预浸机含浸线以所述树脂膜、所述纳米纤维膜含浸制备得到高导热碳纤维预浸料a；
s20、制备高导热碳纤维预浸料b：将高导热碳纤维束b对应所述高导热碳纤维束a之间的间隙布置，树脂膜铺设于所述高导热碳纤维束b的一侧，采用热熔预浸机含浸线以所述树脂膜含浸制备得到高导热碳纤维预浸料b；
s30、将所述高导热碳纤维预浸料a、所述高导热碳纤维预浸料b别置于预浸料放卷装置上，对应预浸料卷安放方向与收卷时的方向一致；其中，所述高导热碳纤维预浸料b对应所述高导热碳纤维预浸料a的预留间隙设置，通过热压、冷却、覆膜、收卷工序制得高导热碳纤维预浸料。
3.根据权利要求2所述的高导热碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述高导热碳纤维预浸料的幅宽为100～1000mm，纤维面密度为50～250gsm，含胶量为20～40％。
4.根据权利要求2所述的高导热碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，构成所述高导热碳纤维预浸料a的所述高导热碳纤维束a之间的间隙均布设置；构成所述高导热碳纤维预浸料b的所述高导热碳纤维束b对应所述高导热碳纤维束a之间的间隙均布设置。
5.根据权利要求4所述的高导热碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述高导热碳纤维预浸料a与所述高导热碳纤维预浸料b可互相替换，任意一种上负载所述纳米纤维膜。
6.根据权利要求5所述的高导热碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，组成所述高导热碳纤维束a的高导热碳纤维包括中间相沥青基碳纤维，纤维束规格为1k-3k、线密度为200～800g/km，轴向导热系数400w/m·k-1000w/m·k。
7.根据权利要求2所述的高导热碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维膜为尼龙纳米纤维膜、聚醚酰亚胺纳米纤维膜、聚砜纳米纤维膜、聚醚砜纳米纤维膜或聚醚酮纳米纤维膜中的一种。
8.根据权利要求2所述的高导热碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维膜的面密度为1～10gsm，厚度为5～30μm。
技术总结