真空烘箱处理是关键的脱气和溶剂去除步骤。它是防止结构缺陷的主要保障，通过在树脂最终固化前去除残留的溶剂——特别是丙酮。没有这一步，后续的热量和压力应用将触发材料内部的溶剂汽化，导致内部空隙和多孔结构的形成，从而损害复合材料的完整性。
真空烘箱处理可去除残留的挥发性溶剂，以防止内部气体滞留和“气泡”的形成。这一步对于实现功能性水平排列碳纳米管（HACN）复合材料所需的高密度和电解质阻隔性能至关重要。
溶剂蒸发在结构完整性中的作用
去除残留的丙酮
树脂浸渍通常使用丙酮作为溶剂，以降低粘度并确保树脂充分渗透碳纳米管（CNT）网络。如果在固化过程开始前不去除这种溶剂，它就会被困在基体中。
防止内部孔隙形成
在随后的高压热压阶段，任何剩余的液态丙酮都会因高温而迅速汽化。这会产生内部气穴或“气泡”，导致最终结构多孔且强度降低。
确保电解质阻隔性能
对于双极板（HACN-BP）等应用，材料必须完全不渗透流体。真空处理可确保致密结构，这是防止电解质泄漏所需有效阻隔性能的唯一途径。
通过环境控制提高材料密度
促进塑性流动和重排
真空环境，特别是与热量结合时，有助于克服不同材料相之间不润湿的物理屏障。通过去除空气和挥发物，树脂可以更有效地润湿碳纳米管。
最大化复合材料密度
去除气体后，单轴压力可以更有效地施加。压力不是压缩滞留的空气，而是促进材料的塑性流动，从而获得密度显著更高的复合材料。
防止氧化
虽然主要对金属增强复合材料至关重要，但真空环境还可以保护材料在高温下免受氧化。这确保了树脂和碳纳米管在整个热循环中化学性质保持稳定。
理解权衡
温度敏感性
真空烘箱的温度必须足够高以蒸发溶剂，但又必须足够低以避免过早固化树脂。如果树脂过早开始交联，它将困住剩余的溶剂，从而使真空阶段的目的失效。
加工时间与孔隙体积
延长真空循环时间可以改善挥发物的去除，从而获得更可靠的部件。然而，这会显著增加制造过程的循环时间，需要在生产吞吐量和材料质量之间取得平衡。
规模化生产的复杂性
虽然对小型板材有效，但在大规模生产中保持均匀的真空和温度分布可能具有挑战性。不一致的真空处理会导致局部缺陷，复合材料板材的某些区域致密，而其他区域则保持多孔。
如何将此应用于您的项目
在准备浸渍树脂的碳纳米管进行固化时，您的加工参数应与最终的性能要求保持一致。
- 如果您的主要重点是最大化阻隔性能：在适中的温度下延长真空处理时间，以确保在施加压力之前完全去除所有挥发性溶剂。
- 如果您的主要重点是高机械强度：利用真空阶段确保树脂充分润湿碳纳米管，因为任何残留的溶剂都会产生应力集中点，导致过早失效。
- 如果您的主要重点是防止表面缺陷：确保缓慢施加真空，以防止树脂“沸腾”或起泡，这可能会导致排列的碳纳米管移位。
正确的真空处理可以将潜在的多孔混合物转化为高性能、致密的复合材料，适用于要求苛刻的电化学环境。
总结表：
| 阶段 | 主要功能 | 对复合材料质量的影响 |
|---|---|---|
| 溶剂去除 | 去除残留的丙酮 | 防止内部气穴和气泡形成 |
| 脱气 | 去除滞留的空气/挥发物 | 确保致密、无孔的结构，实现流体阻隔 |
| 相润湿 | 促进树脂塑性流动 | 克服树脂与碳纳米管之间的不润湿现象 |
| 氧化控制 | 保护材料免受氧气影响 | 保持树脂和碳纳米管网络的化学稳定性 |
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参考文献
- Jae‐Moon Jeong, Seong Su Kim. Aligned Carbon Nanotube Polymer Nanocomposite Bipolar Plates Technology for Vanadium Redox Flow Batteries. DOI: 10.1002/eem2.70030
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
