[发明专利]一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料

说明书

本发明涉及一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，该发明制备的纳米复合材料具有三维导电网络结构，能使较高含量纳米粒子在基体中均匀分散，有效提高复合材料的导电性，为纳米复合材料在先进电子器件中的应用开辟了新的途径。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料。

背景技术

导电纤维增强纳米复合材料因具有优异的结构稳定性、耐腐蚀性、优异的热、电性能，其市场需求量逐年增长，在电磁干扰屏蔽、静电放电保护、微电子、电池、超级电容器和存储器件等领域有着广泛的应用。上世纪末，美国、英国、日本等国家已生产出不同规格和类别的导电复合材料。国内在该领域的起步较晚，目前高档的导电复合材料以进口为主。

传统导电纤维复合材料的填料主要有金属纤 维和非金 属纤维之分。常用的金属纤 维主要包 括单种金 属纤维和合金纤 维。这类纤 维拥有导 电性好,屏蔽效能高,机械性能佳 等一系列优点,但是加工温度高、工艺复杂、界面反应控制困难、成本相对高。目前非金属导电 纤维研究 较多的是碳纤维,导电性良好, 由于碳纤维导电具有方向性, 因而碳纤维在复合材料中的形态结构, 分布状况决定了材料的性能, 使得碳纤维复合材料的电阻率可在较大范围内调节。因此，碳基填料(如碳纳米管(CNT)、石墨、纳米碳纤维(CNF)和炭黑)是满足高导电性和设计可靠要求的理想选择。

纳米碳纤维是化学气相生长碳纤维的一种形式，是通过裂解气相碳氢化合物制备的非连续石墨纤维，使用碳纳米纤维可以有效地连接纤维和基体的界面区域，与常规碳纤维比较，纳米碳纤维导电性有10倍的改善，热传导性、强度等基本特性也都有所提升,可望应用于燃料电池、高功能二次电池的电容、静电涂层、电磁屏蔽等的树脂复合材料，或高强度、轻量化的金属复合材料等。

为了更好地提高复合材料的导电性，需要添加大量的纳米填料，而在较高的纳米填料含量下实现纳米填料在基体中的均匀分散仍然是一个很大的挑战。这是由于通过范德瓦尔斯力纳米填料之间的强相互吸引，并趋于聚集。纳米填料在较高含量下的结块限制了在低电渗阈下获得最大导电性。因此如何在较高含量纳米碳纤维的填充下实现均匀分散，构建3D导电网络网络结构的构建以获得优异的电气与机械性能，是本发明的要旨所在。

发明内容

针对目前技术上的问题，本发明的目的在于提出一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，以实现较高含量纳米粒子的均匀分散，构建3D导电网络，提高材料导电性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料，所述复合材料由不饱和聚酯、玻璃纤维织物、固化剂和纳米碳纤维组成，其中按不饱和聚酯、玻璃纤维织物和固化剂的质量分数之和为100%计：不饱和聚酯10~20%，玻璃纤维织物76~85%，固化剂1~5%；所述纳米碳纤维的质量为不饱和聚酯、玻璃纤维织物和固化剂三者质量之和的0.1%~5%。

进一步地，所述的不饱和聚酯为邻苯二甲酸型、间苯二甲酸型、双酚A型、乙烯基酯型和卤代不饱和聚酯树脂的一种或几种。

进一步地，所述纳米碳纤维为气相生长纳米碳纤维（VGCNF）。

进一步地，所述的固化剂为有机过氧化物类，如过氧化苯甲酰，过氧化甲乙酮(MEKP)。

进一步地，所述玻璃纤维织物为双向[0°/90°] 玻璃纤维织物

一种利用上述具有三维导电网络结构的纤维增强复合材料制备复合材料层压板的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）原料混合：将纳米碳纤维加入不饱和聚酯中超声分散均匀，再加入固化剂后搅拌混合均匀并同时进行脱气处理，得混合物；

（2）预浸料制备：将混合物均匀涂覆在双向[0°/90°]玻璃纤维织物表面后得到预浸料；