炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的导热和力学性能

石佩洛王跃友郭洪军孙洪杰赵云峰

未固化鳞片石墨/氰酸酯复合材料的流变复数黏度随着鳞片石墨添加量呈指数型增加,

随着形变量的变化表现出佩恩 (Payne) 效应

固化后复合材料的热导率随着鳞片石墨添加量的增加呈线性增加。

当鳞片石墨添加量为10 wt%时, 鳞片石墨/氰酸酯拉伸模量从2.9 GPa提高到4.3 GPa, 提高了48%, 热导率提高了100%,

炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的Z向导热率提高了127%, 复合材料纵向压缩强度提高了31%。

1引言

碳纤维增强塑料（CFRP）作为一种结构材料，在航空航天、汽车和体育等行业得到了越来越多的应用，尽管有许多优点，但其纵向压缩强度仅为其拉伸强度的50%左右，且其全厚度热导率比纵向热导率低10倍。铝的导电性。两者都与基体树脂的性能密切相关[1，2，3]。

在聚合物基体中添加分散的微或纳米填料对改善聚合物基体的性能，包括机械、电和热性能都是非常有效的。众所周知，碳材料，如碳纳米管、石墨烯和片状石墨（FG），具有非凡的电子性能。因此，在聚合物基复合材料[4,5,6]中，钙、热和机械性能以及作为填料的前景都很好。氰酸酯（CE）树脂是一类高性能的热固树脂，具有优异的机械、热和介电性能。CE树脂常用于航空航天结构、天线罩和微芯片[7,8]。M任何改进的CE树脂系统已经开发出来，以满足各种应用的要求。

本文制备了TG800/FG/CE复合材料，并对其结构和性能进行了研究，目的是探索用片状石墨作为基体树脂改性剂，制备出具有较高压缩性能和导热性能的多功能结构复合材料。

2实验

2.1材料

国内TG800碳纤维由山西港科太钢股份有限公司提供，中国材料与加工技术航空航天研究所（北京）提供的基于双酚E二元酸酯W的CE树脂体系（R701），中国江苏第六元素有限公司提供的片状石墨W，中国第六元素有限公司提供的硅烷偶联剂（KH550）W作为补充。由中国杭州叶城硅酮有限公司提供，片状石墨和TG800的形貌如图1所示。

图1（a）片状石墨和（b）TG800碳纤维的形态。

2.2 FG/CE复合材料的分散与制备

生鳞片石墨（fg）w与含kh550（2 w t%）的乙醇溶液混合，搅拌20分钟均匀分散，混合物w在60℃的真空干燥箱中干燥2小时，除去溶剂，得到了具有kh550 w的鳞片石墨涂层w，经高剪切混合在Ce中分散1h，超声波处理1h后，将fg/ce混合物w在80℃真空脱气30min后倒入模具，150℃固化1h，190℃固化2h，升温速率1℃/min，固化样品照片如图2所示。

图二照片（CE固化（a）和（b）FG / CE。

2.3 TG800/FG/CE复合材料的制备

TG800/CE和TG800/FG/CE的热熔预浸料是用165 g/m2的面积和8根纤维制成的，树脂含量为34 w t%。复合材料层压板是由[0]14和高压釜处理制成的，相应的层压板厚度为2.0 mm，纤维体积分数为（60±3）%。

2.4表征

用M CR301型物理流变仪（Anton Paar）分析了流变特性，该流变仪具有平板几何结构和各种频率和变形下的振荡。dm a使用Siidm A6100动态分析仪器进行的试验w。使用GB/T 10295-2008标准，由DTC-300（TA仪器）进行的热导率w。压缩特性层压板由M TS-880机器按照ASTM D 6641标准进行。

3结果和讨论

结果表明，在填料含量较低（<2 w t%）时，复合粘度随含氟量的增加而缓慢增加，在填料含量较高（4～10w t%）时，初始复合粘度随含氟量的增加而增加，随着含氟量的增加，复合粘度随含氟量的增加而增加。在含氟量为10 w t%的鳞片石墨/Ce混合物中，复合粘度比不含氟量为0.1～10000 Pa·s。

应变水平W也是一个重要因素，对于低填料含量，复合粘度W几乎是应变的函数，而对于高填料含量，复合粘度W仅为应变水平的0.1%，且迅速下降到0.1%以上。

图3（a）变形和（b）fg含量对未固化fg/ce的复合粘度的影响。

这类似于payne效应[9]，表明对于这种fg/ce混合物，在填料含量约为2-4 w t%时，存在一个流变渗透阈值。在这种流变渗透阈值之上，片状石墨填料渗透形成网络，复合粘度迅速增加。在大应变水平下，聚乙烯随着复合粘度的降低，复合网络破裂，其形成和破裂的示意图如图4所示。

图4 CE矩阵中FG填料渗流网络的形成与破裂。

固化的fg/ce复合材料的导热系数随fg含量的变化如图5所示。

图5 fg/ce复合材料的热导率与fg含量的关系