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中间相沥青基碳纤维及其应用介绍
2022年05月12日 发布 分类:w88应用技术 点击量:121
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一、中间相沥青基碳纤维(MPCF)简介

MPCF以易石墨化材料中间相沥青为前驱体,经纺丝、氧化、碳化、石墨化等一系列工艺加工而成。由碳元素组成的片层大分子沿纤维轴取向排列,纤维呈高度石墨化状态,在宏观上表现出高模量、高导热、导电性、电磁屏蔽性、阻尼性、热膨胀系数低等优异性能,模量可达900GPa以上,导热系数可达1200w/m﹒k以上。

二、中间相沥青基碳纤维(MPCF)应用领域

1.碳/碳 、碳/陶复合材料

MPCF作为增强材料,赋予复合材料较高的力学性能,制件在高温、高压等苛刻条件下不易产生脆裂、破损、变形等问题;

MPCF导热系数大于1200W/m﹒K,加工而成的碳/碳复合材料优势导热方向导热系数大于700W/m﹒K;

MPCF热膨胀系数低,通过合理的设计可使复合材料总体膨胀系数接近0;

MPCF灰分值接近于0,避免了杂质元素对工艺过程的干扰,可生产高纯度、大尺寸硅晶体;

产品形态多样化,可满足不同工艺及应用场景需求。

可成型工艺



1.1.MPCF碳/碳、碳/陶复合材料典型应用

单晶硅/多晶硅冶炼炉

飞机及重载设备刹车片

固体火箭发动机喷管

运载火箭喉衬

空间飞行器大面积薄板结构

高超声速飞行器热端部件

热场材料、飞机及重载设备刹车片、火箭喉衬

2.中间相沥青基碳纤维(MPCF)导热/导电塑料

MPCF可赋予塑料优异的导热/导电/电磁屏蔽等性能,在许多领域替代金属材料。

30%比重的中间相沥青基碳纤维短切或磨碎纤维填充尼龙66复合材料可实现拉伸强度大于200MPa,弯曲模量大于20GPa,导热系数大于10W/m﹒K,体积电阻率小于100Ω﹒cm的综合性能水平。

2.1.导热塑料市场应用:

LED照明散热器

电机/电动工具外壳

线路板/电子器件封装材料

笔记本/平板电脑前后盖

手机、基站等EMI/RFI电磁屏蔽

自动驾驶系统毫米波雷达电磁屏蔽

氢燃料电池双极板

通讯基站发射塔悬挂结构

保密通讯电磁屏蔽

金属压铸基站壳体优质替代方案

散热器、电磁屏蔽磁体

3.中间相沥青基碳纤维(MPCF)用于5G芯片散热垫片

MPCF磨碎纤维与硅橡胶基体复合,纤维在流场、电场、磁场等方式作用下在硅橡胶中实现取向排列后,制成的导热垫片在厚度方向导热系数高达60W/m﹒K以上,是目前解决5G芯片界面散热问题的优选方案。国内多家散热材料知名企业,已经开始采用MPCF作为新一代散热技术方案,将导热填料阵列化,从而实现导热系数质的提升。


5G芯片导热垫片

4.中间相沥青基碳纤维(MPCF)金属基复合材料

金属基复合材料是以金属为基体,无机非金属的纤维、晶须、颗粒或纳米颗粒等为增强体,经复合而成的新材料,一般可分为铝基、镁基、钛基、铜基和铁基复合材料等。MPCF金属基复合材料可解决常规材料难以应对的高功率设备、高热流聚集部位的散热问题。表现为:

减轻制件重量;

优势方向导热系数达到700W/m﹒K以上;

MPCF热膨胀系数低,与金属基体结合,整体热膨胀系数可设计性强;

保留原金属材料制件的工艺性及与设备整体的匹配性。

4.1.MPCF金属基复合材料应用

电子产品封装材料

汽车用大功率基板

高导热覆铜板

光伏背板及光伏逆变器


高导热印刷电路板(PCB)、功率器件


光伏逆变器(IGBT)、汽车电源基板

5.电动汽车电池盒

锂离子电池因具备高能量密度、高功率密度和长使用寿命的特点,存在热失控问题,为提高电池运行安全性和稳定性,电池包外壳需要具备导热且阻燃的特点。采用中间相沥青基碳纤维复合材料方案制造电池包外壳,可实现壳体大幅度减重、导热性能明显提升、阻燃作用明显的预期效果。

三菱、特瑞堡等多家企业已采用中间相沥青基碳纤维作为导热及增强材料,研制出能在高于1000℃的火焰环境下耐受时长超5min的导热阻燃复合材料。并在电动汽车电池盒上获得应用。

电动汽车电池盒、导热阻燃复合材料



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