【技术实现步骤摘要】
本申请涉及碳纤维材料制造，具体而言，涉及一种磁性包覆碳纤维材料及其制备方法、导热吸波垫片及其制备方法。
技术介绍
1、碳纤维具有各向异性的导热性能，其在纤维方向上的导热系数高达1200w/m·k，将碳纤维制成具有各向异性的导热垫片，不仅可以使导热系数提高数十倍，而且还能使产品的柔性更好，被广泛应用于航空航天、军事、汽车电子、智能手机以及芯片等领域。
2、然而，碳纤维自身的电阻率较低，电磁波入射到碳纤维的表面会被反射出来，导致碳纤维的吸波性能较差，这在一定程度上限制了碳纤维的应用和推广。与此同时，随着科技的高速发展，电子设备内部的高频rf模组产生的高热量以及高频辐射问题也日益突出，这对碳纤维的导热性能以及吸波性能也提出了更高的要求。因此，为了解决碳纤维在当前应用过程中面临的问题，急需开发一种具有高导热性以及高频吸波性能的碳纤维材料。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种磁性包覆碳纤维材料及其制备方法、导热吸波垫片及其制备方法，该磁性包覆碳纤维材料兼具高导热性以及高频吸波性能，能够满足当前对于高性能碳纤维的需求。
2、本申请的实施例是这样实现的：
3、第一方面，本申请实施例提供一种磁性包覆碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
4、将碳纤维在强酸溶液中浸泡，以使碳纤维的表面被刻蚀，得到预处理碳纤维；将预处理碳纤维转移至等离子设备中并进行等离子体处理，得到改性碳纤维；将改性碳纤维和含有三价铁离子的磁性溶液混合并反应，得到磁性包覆碳纤维材
5、上述技术方案中，先采用强酸溶液对碳纤维进行浸泡处理，以便在碳纤维表面形成数量众多的可供极性基团负载的刻蚀位点，然后再对预处理碳纤维进行等离子体处理，从而能够在碳纤维表面的刻蚀位点形成数量众多的羰基、羧基和羟基等极性基团，这些数量众多的极性基团能够和三价铁离子反应并原位生成四氧化三铁，由于四氧化三铁具有独特的磁性以及介电性能，使得其具备优异的吸波性能，进而使得碳纤维材料也具有较为优异的吸波性能，再加上碳纤维自身具有较为优异的导热性能，以使得最终制备得到的磁性包覆碳纤维材料兼具高导热性以及高频吸波性能。本申请中，通过强酸溶液浸泡和等离子体处理的协同作用，使碳纤维表面形成更多的极性基团，有利于后续的磁性包覆，以得到吸波性能更好的碳纤维材料。
6、在一些可选的实施方案中，强酸溶液中的酸选自硝酸、硫酸和盐酸中的至少一种。
7、可选地，强酸溶液中的h+的摩尔浓度为12～20mol/l。
8、可选地，碳纤维在强酸溶液中的浸泡时间为3～8min。
9、上述技术方案中，强酸溶液中的酸的可适用种类较多，能够提供较多的可实施方案，从而便于对本申请实施例提供的技术方案进行推广和应用。
10、进一步地，将强酸溶液中h+的摩尔浓度和浸泡时间分别限定在特定范围内，能够发挥较为适宜的刻蚀效果，从而在满足后续极性基团负载要求的情况下降低对碳纤维自身结构的损伤。
11、在一些可选的实施方案中，等离子体处理的步骤中，放电功率为1000～5000w，处理时间为20～40min。
12、上述技术方案中，将等离子处理的放电功率和时间分别限定在特定范围内，能够使得等离子处理与强酸溶液浸泡之间的协同效果更好，以便在碳纤维的表面负载数量更多的极性基团，从而能够在后续与三价铁离子反应后形成足量的四氧化三铁，以便较为均匀且完整地对碳纤维材料进行包覆，以使得最终制备得到的磁性包覆碳纤维材料具有更为优异的高频吸波性能。
13、在一些可选的实施方案中，碳纤维的直径为10～20μm，碳纤维的长度为100～300μm；和/或，磁性溶液中的fe3+的摩尔浓度为8～12mol/l。
14、上述技术方案中，将碳纤维的直径和长度分别限定在特定范围内，有利于后续进行碳纤维取向；此外，将磁性溶液中的fe3+的摩尔浓度限定在特定范围内，能够提供较为适量的fe3+，从而较为彻底地包覆碳纤维表面，以使得最终制备得到的磁性包覆碳纤维材料具有更为优异的高频吸波性能。
15、第二方面，本申请实施例提供一种磁性包覆碳纤维材料，采用如第一方面实施例提供的磁性包覆碳纤维材料的制备方法制得。
16、上述技术方案中，磁性包覆碳纤维材料采用第一方面实施例提供的磁性包覆碳纤维材料的制备方法制得，由于碳纤维表面具有较为完整且分布均匀的四氧化三铁包覆层，再加上碳纤维自身具有较为优异的导热性能，以使得磁性包覆碳纤维材料自身兼具高导热性以及高频吸波性能。
17、第三方面，本申请实施例提供一种导热吸波垫片的制备方法，包括以下步骤：
18、按照质量份数计，将1～300份如第二方面实施例提供的磁性包覆碳纤维材料和基料混合，得到混合物；其中，基料包括导热填料1～100份、ab胶1～30份、偶联剂1～10份和反应抑制剂0.1～1份；对混合物依次进行挤出取向处理、叠加挤压处理以及加热固化处理，得到导热吸波垫片。
19、上述技术方案中，将第二方面实施例提供的磁性包覆碳纤维材料和基料按照特定质量份数比进行混合并制备成垫片，由于其中的磁性包覆碳纤维材料兼具高导热性以及高频吸波性能，以使得最终制备得到的垫片产品也兼具高导热性以及高频吸波性能。
20、在一些可选的实施方案中，基料还包括六方氮化硼1～100份。
21、可选地，基料还包括羰基铁粉1～100份。
22、上述技术方案中，基料中还包括特定质量份数的六方氮化硼，一方面，六方氮化硼的介电常数较低，具有较好的透波性，可以减少电磁波在碳纤维表面的反射量；第二方面，六方氮化硼还可以提高碳纤维的吸波频段，从而吸收高频电池波。通过两个方面的共同作用，以使得最终制备得到的垫片具有较为优异的高频吸波性能。
23、进一步地，羰基铁粉自身是一种吸波性能较好的磁性材料，在基料中增加特定质量份数的羰基铁粉，也有助于提升最终制备得到的垫片的高频吸波性能。
24、在一些可选的实施方案中，导热填料和/或羰基铁粉为球形。
25、上述技术方案中，导热填料和羰基铁粉均采用球形，是由于球形颗粒的表面较为光滑，碳纤维材料与球形颗粒接触更容易进行转向，从而在取向处理的步骤中方便碳纤维取向，以便得到导热性能较好的垫片；此外，导热填料和羰基铁粉均采用球形，还有便于进行填充混合的优势。
26、在一些可选的实施方案中，导热填料的粒径为1～10μm，羰基铁粉的粒径为1～5μm。
27、上述技术方案中，采用特定粒径的导热填料和羰基铁粉，能够和磁性包覆碳纤维材料形成适宜的粒径级配关系，以使得混合料中的各个组分具有较好的混合均匀度。
28、第四方面，本申请实施例提供一种导热吸波垫片，采用如第三方面实施例提供的导热吸波垫片的制备方法制得。
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1.一种磁性包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁性包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述强酸溶液中的酸选自硝酸、硫酸和盐酸中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的磁性包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理的步骤中，放电功率为1000～5000W，处理时间为20～40min。
4.根据权利要求1所述的磁性包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维的直径为10～20μm，所述碳纤维的长度为100～300μm；和/或，所述磁性溶液中的Fe3+的摩尔浓度为8～12mol/L。
5.一种磁性包覆碳纤维材料，其特征在于，采用如权利要求1～4中任一项所述的磁性包覆碳纤维材料的制备方法制得。
6.一种导热吸波垫片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的导热吸波垫片的制备方法，其特征在于，所述基料还包括六方氮化硼1～100份；
8.根据权利要求7所述的导热吸波垫片的制备方法，其特征在于，所述导热填料和/或所述羰基铁粉为球形
9.根据权利要求7所述的导热吸波垫片的制备方法，其特征在于，所述导热填料的粒径为1～10μm，所述羰基铁粉的粒径为1～5μm。
10.一种导热吸波垫片，其特征在于，采用如权利要求6～9中任一项所述的导热吸波垫片的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种磁性包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁性包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述强酸溶液中的酸选自硝酸、硫酸和盐酸中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的磁性包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理的步骤中，放电功率为1000～5000w，处理时间为20～40min。
4.根据权利要求1所述的磁性包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维的直径为10～20μm，所述碳纤维的长度为100～300μm；和/或，所述磁性溶液中的fe3+的摩尔浓度为8～12mol/l。
5.一种磁性包覆碳纤维材料，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈肯，曹勇，孙爱祥，羊尚强，方晓，
申请(专利权)人：深圳市鸿富诚新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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