炭纖維/鱗片石墨/氰酸酯複合材料的導熱和力學性能

石佩洛王躍友郭洪軍孫洪傑趙雲峰

未固化鱗片石墨/氰酸酯複合材料的流變複數黏度隨著鱗片石墨添加量呈指數型增加,

隨著形變量的變化表現出佩恩 (Payne) 效應

固化後複合材料的熱導率隨著鱗片石墨添加量的增加呈線性增加。

當鱗片石墨添加量為10 wt%時, 鱗片石墨/氰酸酯拉伸模量從2.9 GPa提高到4.3 GPa, 提高了48%, 熱導率提高了100%,

炭纖維/鱗片石墨/氰酸酯複合材料的Z嚮導熱率提高了127%, 複合材料縱向壓縮強度提高了31%。

1引言

碳纖維增強塑料（CFRP）作為一種結構材料，在航空航天、汽車和體育等行業得到了越來越多的應用，儘管有許多優點，但其縱向壓縮強度僅為其拉伸強度的50%左右，且其全厚度熱導率比縱向熱導率低10倍。鋁的導電性。兩者都與基體樹脂的性能密切相關[1，2，3]。

在聚合物基體中添加分散的微或納米填料對改善聚合物基體的性能，包括機械、電和熱性能都是非常有效的。眾所周知，碳材料，如碳納米管、石墨烯和片狀石墨（FG），具有非凡的電子性能。因此，在聚合物基複合材料[4,5,6]中，鈣、熱和機械性能以及作為填料的前景都很好。氰酸酯（CE）樹脂是一類高性能的熱固樹脂，具有優異的機械、熱和介電性能。CE樹脂常用於航空航天結構、天線罩和微芯片[7,8]。M任何改進的CE樹脂系統已經開發出來，以滿足各種應用的要求。

本文製備了TG800/FG/CE複合材料，並對其結構和性能進行了研究，目的是探索用片狀石墨作為基體樹脂改性劑，製備出具有較高壓縮性能和導熱性能的多功能結構複合材料。

2實驗

2.1材料

國內TG800碳纖維由山西港科太鋼股份有限公司提供，中國材料與加工技術航空航天研究所（北京）提供的基於雙酚E二元酸酯W的CE樹脂體系（R701），中國江蘇第六元素有限公司提供的片狀石墨W，中國第六元素有限公司提供的硅烷偶聯劑（KH550）W作為補充。由中國杭州葉城硅酮有限公司提供，片狀石墨和TG800的形貌如圖1所示。

圖1（a）片狀石墨和（b）TG800碳纖維的形態。

2.2 FG/CE複合材料的分散與製備

生鱗片石墨（fg）w與含kh550（2 w t%）的乙醇溶液混合，攪拌20分鐘均勻分散，混合物w在60℃的真空乾燥箱中乾燥2小時，除去溶劑，得到了具有kh550 w的鱗片石墨塗層w，經高剪切混合在Ce中分散1h，超聲波處理1h後，將fg/ce混合物w在80℃真空脫氣30min後倒入模具，150℃固化1h，190℃固化2h，升溫速率1℃/min，固化樣品照片如圖2所示。

圖二照片（CE固化（a）和（b）FG / CE。

2.3 TG800/FG/CE複合材料的製備

TG800/CE和TG800/FG/CE的熱熔預浸料是用165 g/m2的面積和8根纖維製成的，樹脂含量為34 w t%。複合材料層壓板是由[0]14和高壓釜處理製成的，相應的層壓板厚度為2.0 mm，纖維體積分數為（60±3）%。

2.4表徵

用M CR301型物理流變儀（Anton Paar）分析了流變特性，該流變儀具有平板幾何結構和各種頻率和變形下的振盪。dm a使用Siidm A6100動態分析儀器進行的試驗w。使用GB/T 10295-2008標準，由DTC-300（TA儀器）進行的熱導率w。壓縮特性層壓板由M TS-880機器按照ASTM D 6641標準進行。

3結果和討論

結果表明，在填料含量較低（<2 w t%）時，複合粘度隨含氟量的增加而緩慢增加，在填料含量較高（4～10w t%）時，初始複合粘度隨含氟量的增加而增加，隨著含氟量的增加，複合粘度隨含氟量的增加而增加。在含氟量為10 w t%的鱗片石墨/Ce混合物中，複合粘度比不含氟量為0.1～10000 Pa·s。

應變水平W也是一個重要因素，對於低填料含量，複合粘度W幾乎是應變的函數，而對於高填料含量，複合粘度W僅為應變水平的0.1%，且迅速下降到0.1%以上。